KR102195048B1 - 인공근육 길이 감지 센서 및 그의 테스트 장치 - Google Patents

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Abstract

팽창 부재로 이루어진 인공근육의 외연을 둘러싸도록 마련되며, 원사로 이루어진 고리(loop)에 다른 원사가 새로운 고리를 형성하면서 인터락킹된(interlocked) 편물층, 및 상기 편물층에 니팅(knitting)되며 전도성을 가지는 전도성 원사를 포함하는 인공근육 길이 감지 센서가 제공된다.

Description

인공근육 길이 감지 센서 및 그의 테스트 장치{Detection sensor for artificial muscle length and testing method thereof}
본 발명은 인공근육 길이 감지 센서 및 그의 테스트 장치에 관련된 것으로, 상세하게는, 전도성 원사가 외주면에 마련된 인공근육의 길이 감지 센서 및 그의 테스트 장치에 관련된 것이다.
로봇 분야에 이용되는 액추에이터(actuator)는 길항 구동함으로써 로봇 신체 구동의 원동력을 제공할 수 있다. 최근, 재활 및 웨어러블 로봇 분야를 포함하는 소프트 로봇 공학(soft robotics)의 등장 및 실용화에 따라, 소프트 로봇 공학 분야에 액추에이터를 도입하려는 노력이 수행되고 있다.
예를 들어, 국제특허 공개공보 WO2015129937A1에는, 전체적으로 봉형상으로 형성되며 구동력을 전달 받아, 직선 왕복 운동을 수행하는 로드부와, 상기 로드부를 구동시키기 위한 구동력을 공급하기 위하여 회전축을 구비하는 서보 모터와, 상기 서보 모터의 회전축에 의한 회전 운동을 상기 로드부의 직선 왕복 운동으로 변환하기 위한 동력 전달 부재와, 일 측으로 상기 로드부의 일단이 관통하는 가이드 홀이 형성되고 상기 로드부를 수납하기 위한 중공부가 상기 가이드 홀의 중심축 방향을 따라 내부에 형성되며, 상기 중공부의 상측으로 상기 로드부의 이동거리를 측정하기 위한 포텐셔미터와 전체 동작을 제어하는 제어 보드를 내장하기 위한 수납 공간을 형성하고. 상기 중공부의 하측으로 상기 서보 모터를 내장하기 위한 수납공간을 형성하는 외부 하우징, 및 동일한 중심축을 가지면서 서로 다른 직경을 갖는 복수의 원통부재가 이중으로 중첩되어 형성되는 조인트 본체와 상기 조인트 본체의 측면을 수직으로 관통하고 상기 외부 하우징의 타단이 회전 가능하게 결합되는 조인트축을 구비하여, 상대적으로 직교하는 두 개의 축에 대한 왕복 회전 운동을 구현할 수 있어, 2자유도를 갖는 회전 조인트부를 포함하는 것을 포함하는 소형 리니어 서보 액추에이터가 개시되어 있다.
특히, 소프트 로봇 공학 분야에 이용되는 공압 인공근육 액추에이터는, 부피가 적으며 제어가 용이하게 설계되어야 한다. 또한, 공압 인공근육 액추에이터의 길이 및 출력 변화를 용이하게 예측할 수 있어야 한다. 이에 따라, 종래에 공압 인공근육 액추에이터와 함께 센서를 이용해, 공압 인공근육 액추에이터 몸체의 변형 또는 수축을 감지하는 기술이 이용되고 있다.
예를 들어, EGI(EGaIn, eutectic Gallium Indium) 센서를 이용한 방법은, 마이크로 채널을 포함하는 켈빈 원사로 둘러싸인 탄성 몸체에 공압을 가하고, 상기 마이크로 채널의 저항의 변화를 측정하여, 공압 인공근육 액추에이터의 수축을 예측하는 방법이다.
하지만, 고압으로 상기 공압 인공근육 액추에이터를 구동하는 경우, 상기 공압 인공근육 액추에이터에 가해지는 공압이 증가함에 따라, 상기 마이크로 채널에 발생되는 응력이 증가할 수 있고, 이에 따라, 상기 마이크로 채널이 변형되어, 상기 공압 인공근육 액추에이터의 정확한 수축 예측이 어려울 수 있다.
따라서, 고공압 인공근육 액추에이터의 수축을 예측하는 적합한 방법의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 편물층에 니팅(knitting)되며 전도성을 가지는 전도성 원사를 포함하는 인공근육 길이 감지 센서를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 인공근육의 길이 방향으로의 수축 및 팽창에 따라 서로 다른 전도성을 제공하는 인공근육 길이 감지 센서를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 편물층 일 면과 타 면을 번갈아가면서, 상기 편물층의 고리와 인터락킹된 전도성 원사를 포함하는 인공근육 감지 센서를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 편물층의 일 면에만, 상기 편물층의 고리와 인터락킹된 전도성 원사를 포함하는 인공근육 감지 센서를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 인공근육의 길이 방향을 따라 이격되어 마련된 전도성 밴드들을 포함하는 인공근육 감지 센서를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 상기 인공근육의 원주 방향을 따라 이격되어 마련된 전도성 밴드들을 포함하는 인공근육 감지 센서를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 인공근육의 일 단에 마련된 공기 유입부를 통하여 상기 인공근육에 공압이 인가됨에 따라, 상기 인공근육이 상기 인공근육의 길이 방향으로 수축하는 경우, 반력 제공부가 상기 반력 제공부의 길이 방향으로 팽창하면서, 이동형 연결부가 제2 고정단에서 제1 고정단 방향으로 이동하는 인공근육 길이 감지 센서의 테스트 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 제1 고정단에 고정된 인공근육에 공압이 인가되는 경우, 전도성 원사의 저항, 상기 전도성 원사의 수축 길이, 및 상기 인공근육에 인가된 공압 간의 관계를 정의하는 데이터베이스를 더 포함하는 인공근육 길이 감지 센서의 테스트 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상술된 기술적 과제를 해결하기 위해, 인공근육 길이 감지 센서를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 인공근육 길이 감지 센서는, 팽창 부재로 이루어진 인공근육의 외연을 둘러싸도록 마련되며, 원사로 이루어진 고리(loop)에 다른 원사가 새로운 고리를 형성하면서 인터락킹된(interlocked) 편물층, 및 상기 편물층에 니팅(knitting)되며 전도성을 가지는 전도성 원사를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 편물층을 이루는 상기 원사의 탄성도는, 상기 전도성 원사의 탄성도보다 높을 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 전도성 원사는, 상기 인공근육의 길이 방향으로의 수축 및 팽창에 따라 서로 다른 전도성을 제공할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 전도성 원사는, 상기 편물층에 리브(rib) 방식으로 니팅될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 전도성 원사는, 상기 편물층 일 면과 타 면을 번갈아가면서, 상기 편물층의 고리와 인터락킹될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 전도성 원사는, 상기 편물층에 플래인(plain) 방식으로 니팅될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 전도성 원사는, 상기 편물층의 일 면에만, 상기 편물층의 고리와 인터락킹될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 전도성 원사는, 상기 인공근육의 길이 방향을 따라 이격되어 마련된 전도성 밴드들을 형성할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 전도성 원사는, 상기 인공근육의 원주 방향을 따라 이격되어 마련된 전도성 밴드들을 형성할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 편물층의 양 단을 상기 인공근육에 고정시키는 고정 고리, 및 상기 고정 고리에 마련되되, 상기 전도성 원사와 전기적으로 연결되는 전선을 더 포함할 수 있다.
상술된 기술적 과제를 해결하기 위해, 인공근육 길이 감지 센서의 테스트 장치를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 인공근육 길이 감지 센서의 테스트 장치는, 전도성 원사가 외주면에 마련된 인공근육의 일 단이 고정되는 제1 고정단, 상기 제1 고정단과 대항하는 제2 고정단, 상기 제2 고정단의 일 측에 마련되는 반력 제공부, 및 상기 반력 제공부와 상기 인공근육의 타 단을 연결하는 이동형 연결부를 포함하되, 상기 인공근육의 일 단에 마련된 공기 유입부를 통하여 상기 인공근육에 공압이 인가됨에 따라, 상기 인공근육이 상기 인공근육의 길이 방향으로 수축하는 경우, 상기 반력 제공부가 상기 반력 제공부의 길이 방향으로 팽창하면서, 상기 이동형 연결부가 상기 제2 고정단에서 상기 제1 고정단 방향으로 이동하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 고정단에 고정된 상기 인공근육에 공압이 인가되는 경우, 상기 전도성 원사의 저항, 상기 전도성 원사의 수축 길이, 및 상기 인공근육에 인가된 공압 간의 관계를 정의하는 데이터베이스를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 팽창 부재로 이루어진 인공근육의 외연을 둘러싸도록 마련되며, 원사로 이루어진 고리(loop)에 다른 원사가 새로운 고리를 형성하면서 인터락킹된(interlocked) 편물층, 및 상기 편물층에 니팅(knitting)되며 전도성을 가지는 전도성 원사를 포함하는 인공근육 길이 감지 센서가 제공될 수 있다. 또한, 전도성 원사가 외주면에 마련된 인공근육의 일 단이 고정되는 제1 고정단, 상기 제1 고정단과 대항하는 제2 고정단, 상기 제2 고정단의 일 측에 마련되는 반력 제공부, 및 상기 반력 제공부와 상기 인공근육의 타 단을 연결하는 이동형 연결부를 포함하는 인공근육 길이 감지 센서의 테스트 장치가 제공될 수 있다.
이에 따라, 상기 인공근육의 일 단에 마련된 공기 유입부를 통하여 상기 인공근육에 인가된 공압, 상기 전도성 원사의 저항, 및 상기 전도성 원사의 수축 길이 간의 관계를 용이하게 감지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 편물층을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 편물층의 팽창 및 수축을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 편물층에 리브(rib) 방식으로 니팅되는 전도성 원사를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 편물층에 플래인(plain) 방식으로 니팅되는 전도성 원사를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 인공근육의 외연을 둘러싸도록 마련된 전도성 편물을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 인공근육 길이 감지 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 발명의 실시 예에 따른 인공근육의 길이 방향을 따라 이격되어 마련된 전도성 밴드들을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 발명의 실시 예에 따른 인공근육의 원주 방향을 따라 이격되어 마련된 전도성 밴드들을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 인공근육을 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 인공근육에 제공되는 전도성 편물을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 인공근육에 장치 연결부를 제공하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 인공근육에 공기 주입부를 제공하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 인공근육에 전선을 제공하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 인공근육에 클램프(clamp)를 제공하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 발명의 실험 예에 따른 인공근육 길이 감지 센서의 테스트 장치의 사진이다.
도 16는 본 발명의 실시 예에 따른 인공근육 길이 감지 센서의 테스트 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 본 발명의 실험 예에 따른 인공근육 길이 감지 센서의 테스트 방법을 수행하기 위한 회로도이다.
도 18은 본 발명의 실험 예 1-1 및 실험 예 1-2에 따른 전도성 편물의 구조도 및 실제 사진이다.
도 19는 본 발명의 실험 예 1-1에 따른 전도성 편물이 인공근육의 외연에 제공된 사진, 및 본 발명의 실험 예 1-2에 따른 전도성 편물이 인공근육의 외연에 제공된 사진이다.
도 20은 본 발명의 실험 예 2-1에 따른 인공근육 길이 감지 센서의 테스트 결과를 보여주는 수축 길이-저항 데이터이다.
도 21은 상이한 외력에 따른 본 발명의 실험 예 2-1에 따른 인공근육 길이 감지 센서의 테스트 결과를 보여주는 수축 길이-저항 데이터이다.
도 22는 외력이 인가되지 않은 경우에, 본 발명의 실험 예 2-2에 따른 인공근육 길이 감지 센서의 테스트 결과를 보여주는 수축 길이-저항 데이터이다.
도 23은 상이한 외력에 따른 본 발명의 실험 예 2-2에 따른 인공근육 길이 감지 센서의 테스트 결과를 보여주는 수축 길이-저항 데이터이다.
도 24는 상이한 외력에 따른 본 발명의 실험 예 2-2에 따른 인공근육 길이 감지 센서의 테스트 결과를 보여주는 공압-수축 길이 데이터이다.
도 25는 상이한 외력에 따른 본 발명의 실험 예 2-2에 따른 인공근육 길이 감지 센서의 테스트 결과를 보여주는 공압-출력 데이터이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 인공근육 길이 감지 센서가 설명된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 편물층을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 편물층의 팽창 및 수축을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 편물층에 리브(rib) 방식으로 니팅되는 전도성 원사를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 편물층에 플래인(plain) 방식으로 니팅되는 전도성 원사를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 원사(110)로 이루어진 고리(loop)에 다른 원사(110)가 새로운 고리를 형성하면서 인터락킹된(interlocked) 편물층(100)을 준비할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 편물층(100)을 이루는 상기 원사(110)는 탄성도가 높은 실일 수 있다. 이에 따라, 상기 편물층(100)의 팽창 및 수축이 용이하여, 상기 편물층(100)이 신축성 센서로 이용될 수 있다. 예를 들어, 상기 원사(110)는 스판덱스(spandex)를 포함할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 전도성 원사(120)를 준비할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 전도성 원사(120)가 상기 편물층(100)에 니팅(knitting)되어, 전도성 편물 또는 전도성 밴드(301)가 제조될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 편물층(100)에 상기 전도성 원사(120)가 니팅되는 방법은 리브(rib) 방식(210) 또는 플래인(plain) 방식(220)을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 리브 방식(210)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 전도성 원사(120)가 상기 편물층(100)의 일 면과 타 면을 번갈아가면서, 상기 편물층(100)의 고리와 인터락킹되는 것을 포함할 수 있다. 상기 리브 방식(210)으로 제조된 상기 전도성 편물 또는 상기 전도성 밴드(301)의 경우, 상기 플래인 방식(220)으로 제조된 상기 전도성 편물 또는 상기 전도성 밴드(301)보다, 횡방향 신축성이 우수하고, 두께가 두꺼울 수 있다. 이에 따라, 별도의 커버가 불필요할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 플래인(plain) 방식(220)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 전도성 원사(120)가 상기 편물층(100)의 일 면에만, 상기 편물층(100)의 고리와 인터락킹되는 것을 포함할 수 있다. 상기 플래인 방식(220)으로 제조된 상기 전도성 편물 또는 상기 전도성 밴드(301)의 경우, 상기 리브 방식(210)으로 제조된 상기 전도성 편물 또는 상기 전도성 밴드(301)보다, 가볍고 두께가 얇을 수 있다. 이에 따라, 별도의 커버가 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 별도의 커버로, 브래이디드 메쉬가 상기 리브 방식(210)으로 제조된 상기 전도성 편물 또는 상기 전도성 밴드(301)의 외연을 둘러싸도록 제공될 수 있다. 상기 브래이디드 메쉬가 상기 리브 방식(210)으로 제조된 상기 전도성 편물 또는 상기 전도성 밴드(301)의 외연을 둘러싸도록 제공되는 것에 따라, 상기 전도성 편물 또는 상기 전도성 밴드(301)의 복원력 향상에 도움을 줄 수 있다.
상술된 바와 같이, 상기 편물층(100)을 이루는 상기 원사(110)는 탄성도가 높을 수 있다. 또한, 상기 편물층(100)에 제공되는 상기 전도성 원사(120)는 전기 전도도가 높을 수 있다. 구체적으로, 상기 전도성 원사(120)는, 길이 방향으로 수축 및 팽창함에 따라 서로 다른 전기 전도성을 제공할 수 있다.
다시 말해, 상기 편물층(100)에 상기 전도성 원사(120)가 니팅되는 것에 따라, 상기 전도성 편물 또는 전도성 밴드(301)는 상기 원사(110) 및 상기 전도성 원사(120)를 포함할 수 있고, 이에 따라, 상기 전도성 편물 또는 전도성 밴드(301)는 상기 원사(110)의 신축성 및 상기 전도성 원사(120)의 전기 전도성을 포함할 수 있다. 즉, 상기 전도성 편물 또는 전도성 밴드(301)는 신축성을 포함하는 전도성 센서로 이용될 수 있다. 예를 들어, 상기 전도성 원사(120)는 은(Ag)사를 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 인공근육의 외연을 둘러싸도록 마련된 전도성 편물을 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 인공근육 길이 감지 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 발명의 실시 예에 따른 인공근육의 길이 방향을 따라 이격되어 마련된 전도성 밴드들을 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 발명의 실시 예에 따른 인공근육의 원주 방향을 따라 이격되어 마련된 전도성 밴드들을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 팽창 부재로 이루어진 인공근육(300)의 외연을 둘러싸도록 상기 전도성 편물(301)이 제공된 인공근육 길이 감지 센서(310)가 제공될 수 있고, 도 6을 참조하면, 상기 전도성 편물(301) 저항을 측정하여, 상기 인공근육(300 )의 수축 길이(A)를 감지할 수 있다.
상기 인공근육(300)의 수축 길이(A)를 감지하는 것은, 상기 인공근육(300)을 이용하는 로봇 분야 또는 로봇 응용 기기 분야에서, 상기 인공근육(300)이 이용되는 팔 또는 다리의 길이 제어 및 위치 파악에 중요한 정보를 제공할 수 있다. 이에, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 인공근육(300)에 상기 전도성 편물(301)이 제공되어, 상기 인공근육(300)의 수축 길이(A)를 감지할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상술된 바와 같이 상기 인공근육(300) 내부로 공압이 인가됨에 따라, 상기 인공근육(300)이 길이 방향으로 수축될 수 있다. 이에 따라, 상기 인공근육(300)의 외연을 둘러싸도록 마련된 상기 전도성 편물(301)이 상기 인공근육(300)과 더불어 길이 방향으로 수축될 수 있다. 상술된 바와 같이, 상기 전도성 원사(120)는, 길이 방향으로의 수축함에 따라 서로 다른 전도성을 제공할 수 있다. 따라서 상기 전도성 원사(120)를 포함하는 상기 전도성 편물(301)이, 상기 인공근육(300)과 더불어 길이 방향으로 수축되는 것에 의해, 상기 전도성 원사(120)의 전기 전도성을 측정할 수 있다. 구체적으로, 상기 전도성 원사(120)의 수축 전과 후의 전기 전도성을 비교하여, 전기 저항을 측정할 수 있다. 상기 전도성 원사(120)의 상기 전기 저항으로부터 상기 전도성 원사(120)를 포함하는 상기 전도성 편물(301)이 외면에 제공된 상기 인공근육(300)의 수축 길이(A)를 감지할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 인공근육(300)이 수축함에 따라, 상기 전도성 원사(120)가 수축하고, 상기 전도성 원사(120)의 수축함에 따라 전기 전도성이 변하는 것에 따라, 상기 전도성 원사(120)의 저항과, 상기 인공근육(300)의 수축 간의 관계를 정의하는 데이터베이스가 저장될 수 있다. 이에 따라, 상기 데이터베이스를 이용해, 상기 인공근육(300)의 수축 길이(A)를 용이하게 감지할 수 있다.
도 7을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 인공근육(300)의 길이 방향을 따라 이격되어 마련된 전도성 밴드(301)들을 포함하는 인공근육 길이 감지 센서(320)가 제공될 수 있다. 또한, 도 8을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 인공근육(300)의 원주 방향을 따라 이격되어 마련된 전도성 밴드(301)들을 포함하는 인공근육 길이 감지 센서(330)가 제공될 수 있다.
상술된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 인공근육(300) 내부로 공압이 인가됨에 따라, 상기 인공근육(300)이 길이 방향으로 수축될 수 있다. 이에 따라, 상기 인공근육(300)의 길이 방향을 따라 이격되어 마련된 상기 전도성 밴드(301)가 상기 인공근육(300)과 더불어 수축될 수 있다. 상술된 바와 같이, 상기 전도성 원사(120)는, 수축함에 따라 서로 다른 전도성을 제공할 수 있다. 따라서 상기 전도성 원사(120)를 포함하는 상기 전도성 밴드(301)가, 상기 인공근육(300)과 더불어 수축되는 것에 의해, 상기 전도성 원사(120)의 전기 전도성을 측정할 수 있다. 이 때에, 상기 인공근육(300)의 길이 방향을 따라 이격되어 마련된 전도성 밴드(301)들 각각의 전기 전도성이 상이 할 수 있다. 이에 따라, 상기 전도성 밴드(301)들의 저항이 상이할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 인공근육(300)의 길이 방향을 따라 이격되어 마련된 전도성 밴드(301)들을 포함하는 인공근육 길이 감지 센서(320)에서 상기 밴드(301)들의 저항이 상이하게 측정되는 것에 의해, 상기 인공근육(300)의 부분별 수축 길이를 감지할 수 있다. 또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 인공근육(300)의 원주 방향을 따라 이격되어 마련된 전도성 밴드(301)들을 포함하는 인공근육 길이 감지 센서(330)에서 상기 밴드(301)들의 저항이 상이하게 측정되는 것에 의해, 상기 인공근육(300)이 구부러진 방향을 감지할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 인공근육을 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 인공근육에 제공되는 편물층 및 전도성 원사를 설명하기 위한 도면이고, 도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 인공근육에 장치 연결부를 제공하는 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 인공근육에 공기 주입부를 제공하는 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 인공근육에 전선을 제공하는 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 인공근육에 클램프(clamp)를 제공하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 팽창 부재로 이루어진 인공근육(300)이 제조될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 인공근육(300)은 팽창 부재를 이용해 중공을 포함하되 길이 방향으로 연장되는 실린더 형상으로 제조될 수 있다. 실린더 형상의 상기 인공근육(300)은 공기 유입부(410) 및 에어 블록(air block, 420)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 인공근육(300)의 상기 공기 유입부(410)로 공압이 인가되는 경우, 상기 에어 블록(420)에 의해 외부와 차단되어, 상기 인공근육(300)이 폭 방향으로 팽창될 수 있다. 다시 말해, 상기 인공근육(300) 내부로 공압이 인가됨에 따라, 상기 인공근육(300)이 길이 방향으로 수축될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 몰드에 상기 팽창 부재를 제공하고 건조시켜, 상기 인공근육(300)이 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 팽창 부재는 드래곤 스킨(Dragon skin) 30 A 및 B를 1:1로 혼합한 혼합물로 제조된 실리콘 바디(silicon body)일 수 있고, 상기 몰드에 상기 혼합물을 제공하고, 150 ˚F의 오븐에서 1~2 시간 동안 건조시켜, 상기 인공근육(300)이 제조될 수 있다.
도 10을 참조하면, 상기 인공근육(300)에 상기 전도성 편물(301)가 제공될 수 있다. 상술된 바와 같이, 상기 편물층(100)에 상기 전도성 원사(120)가 니팅되는 것에 따라, 상기 전도성 편물(301)는 상기 원사(110) 및 상기 전도성 원사(120)를 포함할 수 있고, 이에 따라, 상기 전도성 편물(301)는 상기 원사(110)의 신축성 및 상기 전도성 원사(120)의 전기 전도성을 포함할 수 있다. 즉, 상기 전도성 편물(301)는 신축성을 포함하는 전도성 센서로 이용될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상술된 바와 같이, 상기 편물층(100)에 상기 전도성 원사(120)가 리브 방식(210) 또는 플래인 방식(220)으로 니팅되는 것을 포함할 수 있다.
도 11을 참조하면, 상기 인공근육(300)의 상기 공기 유입부(410)의 반대쪽에 장치 연결부(430)가 제공될 수 있다. 또한, 도 12를 참조하면, 상기 인공근육(300)의 공기 유입부(410)에 공기 주입부(440)가 제공될 수 있다. 상기 공기 주입부(440)를 통해, 상기 인공근육(300)의 공기 유입부(410)에 공압이 인가될 수 있고, 이에 따라, 상기 인공근육(300)이 길이 방향으로 수축될 수 있다.
또한, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 전도성 편물(301)의 양 단을 상기 인공근육(300)에 고정시키는 고정 고리(450)가 제공될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 고정 고리(450)는 금속 재료로 형성될 수 있고, 이에 따라, 도 13을 참조하면, 상기 인공근육(300)에 상기 전도성 편물(301)의 양 단을 고정시킬 뿐만 아니라, 상기 전도성 편물(301)의 전기 신호를 감지하는 역할을 할 수 있다. 구체적으로, 상기 고정 고리(450)에 상기 전도성 원사와 전기적으로 연결되는 전선(460)이 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 고정 고리(450)는 구리 스트립(strip)일 수 있다.
도 14를 참조하면, 상기 전도성 편물(301)의 양 단을 상기 인공근육(300)에 고정시키는 고정 고리(450) 상에, 클램프(clamp, 470)가 제공되어 본 발명의 실시 예에 따른 인공근육 길이 감지 센서가 제조될 수 있다. 이에 따라, 공압 인가로 인해, 상기 인공근육(300)의 외연을 둘러싸도록 마련된 상기 전도성 편물(301)이 길이 방향으로 수축하는 경우에도, 상기 인공근육(300) 및 상기 전도성 편물(301)이 분리되지 않을 수 있다. 이에 따라, 상기 전도성 편물(301)에서 측정된 저항 및 상기 인공근육(300)의 길이 방향 수축 길이 간의 관계를 정의하는 데이터베이스의 오차 범위를 줄일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상술된 바와 같이, 상기 편물층(100)에 상기 전도성 원사(120)가 리브 방식(210) 또는 플래인 방식(220)으로 니팅되는 것을 포함할 수 있다. 상기 리브 방식(210)과 달리, 상기 플래인 방식(220)으로 제조된 상기 전도성 편물(301)의 경우, 상기 리브 방식(210)으로 제조된 상기 전도성 편물(301)보다, 가볍고 두께가 얇을 수 있다. 이에 따라, 별도의 커버가 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 별도의 커버로, 브래이디드 메쉬가 상기 리브 방식(210)으로 제조된 상기 전도성 편물(301)의 외연을 둘러싸도록 제공될 수 있다. 상기 브래이디드 메쉬가 상기 리브 방식(210)으로 제조된 상기 전도성 편물(301)의 외연을 둘러싸도록 제공되는 것에 따라, 상기 전도성 편물(301)의 복원력 향상에 도움을 줄 수 있다.
상기 플래인 방식(220)으로 제조된 상기 전도성 편물(301)이 상기 인공근육(300)의 외연을 둘러싸도록 마련되는 경우, 상기 고정 고리(450) 상에, 상기 클램프(470)가 제공되기 전에, 상기 브래이디드 메쉬가 제공될 수 있다. 다시 말해, 상기 고정 고리(450)를 이용해, 상기 전도성 편물(301)의 양단을 상기 인공근육(300)에 고정시킨 후에, 상기 브래이디드 메쉬가 제공되고, 상기 클램프(470)가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상술된 방법으로 제조된 상기 인공근육 길이 감지 센서는, 팽창 부재로 이루어지되 일 단에 마련된 상기 공기 유입부(420), 및 타 단에 마련된 상기 에어 블록(430)을 포함하는 상기 인공근육(300), 및 상기 인공근육(300)의 외연을 둘러싸도록 마련된 상기 전도성 편물(301)을 포함할 수 있다. 상기 인공근육 길이 감지 센서는 상기 전도성 편물(301)을 상기 인공근육(300)에 고정시키는 상기 고정 고리(450), 상기 인공근육(300)의 공기 유입부(410)로 공기를 주입시키는 상기 공기 주입부(440), 상기 공기 유입부(410)의 반대쪽에 제공되며, 상기 인공근육(300)을 인공근육 길이 감지 센서의 테스트 장치와 연결시키는 상기 장치 연결부(430)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 인공근육 길이 감지 센서는, 상기 전도성 편물(301)의 저항을 측정하도록 상기 고정 고리(450) 상에 제공된 상기 전선(460)을 포함할 수 있고, 여기서, 상기 전도성 편물(301)이 상기 플래인 방식(220)으로 제조된 경우, 상기 전도성 편물(301) 상에 상기 브래이디드 메쉬를 포함할 수 있다. 마지막으로, 상기 전도성 편물(301)을 상기 인공근육(300)에 고정시키는 클램프(470)를 포함할 수 있다.
상기 인공근육 길이 감지 센서의 상기 공기 주입부(440)를 통해, 상기 공기 유입부(420)로 공압이 인가되는 경우, 상기 인공근육(300)이 길이 방향으로 수축할 수 있다. 이에 따라, 상기 인공근육(300)의 외연을 둘러싸도록 마련된 상기 전도성 편물(301)의 저항이 측정될 수 있고, 상기 저항으로부터 상기 인공근육(300)의 수축 길이를 감지할 수 있다.
도 15는 본 발명의 실험 예에 따른 인공근육 길이 감지 센서의 테스트 장치의 사진이고, 도 16는 본 발명의 실시 예에 따른 인공근육 길이 감지 센서의 테스트 장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 17은 본 발명의 실험 예에 따른 인공근육 길이 감지 센서의 테스트 방법을 수행하기 위한 회로도이다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따르면, 전도성 원사(120)가 외주면에 마련된 인공근육(300)의 일 단이 고정되는 제1 고정단, 상기 제1 고정단과 대항하는 제2 고정단(510), 상기 제2 고정단(510)의 일 측에 마련되는 반력 제공부(520), 및 상기 반력 제공부(520)와 상기 인공근육(300)의 타 단을 연결하는 이동형 연결부(530)를 포함하는 인공근육 길이 감지 센서의 테스트 장치가 제공될 수 있다.
상기 제1 고정단(도 15의 fixed base(actuator side))은, 상기 인공근육(300)의 일 단 예를 들어, 상기 인공근육(300; 도 15의 actuator)의 공기 주입부(440) 측을 고정시킬 수 있다. 상기 제1 고정단은 상기 인공근육(300; 도 15의 actuator)이 길이 방향으로 수축하더라도, 상기 인공근육의 일 단을 파지하여, 상기 인공근육(300)의 일 단을 제자리에 고정할 수 있다.
상기 제2 고정단(510; 도 15의 fixed base(moving frame))은, 상기 제2 고정단(510)의 일 측에 상기 반력 제공부(520; 도 15의 spring loaded)를 고정시킬 수 있다. 상기 인공근육(300)이 길이 방향으로 수축하는 경우, 상기 제2 고정단은 상기 반력 제공부(520)의 일단을 파지하여, 상기 반력 제공부(520)의 일단을 제자리에 고정할 수 있다.
상기 반력 제공부(520)는, 상기 이동형 연결부(530; 도 15의 moving fdrame)의 일 측과 연결될 수 있다. 상기 인공근육(300)이 길이 방향으로 수축하는 경우, 상기 인공근육(300)이 수축하는 길이에 대응하여 상기 반력 제공부(520)가 상기 반력 제공부(520)의 길이 방향으로 팽창하여, 상기 이동형 연결부(530)를 상기 제2 고정단(510)에서 상기 제1 고정단 방향으로 이동시킬 수 있다.
상기 이동 연결부(530)는, 상기 반력 제공부(520) 및 상기 인공근육(300)의 타 단과 연결될 수 있다. 상기 인공근육(300)이 길이 방향으로 수축하는 경우, 상기 인공근육(300)이 수축하는 길이에 대응하여 상기 반력 제공부(520)를 상기 반력 제공부(520)의 길이 방향으로 팽창시킬 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 반력 제공부(520)는 적어도 하나의 스프링을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 인공근육(300)의 일 단에 마련된 공기 유입부(410)를 통하여 상기 인공근육(300)에 공압이 인가됨에 따라, 상기 인공근육(300)이 상기 인공근육(300)의 길이 방향으로 수축하는 경우, 상기 반력 제공부(520)가 상기 반력 제공부(520)의 길이 방향으로 팽창하면서, 상기 이동형 연결부(530)가 상기 제2 고정단(510)에서 상기 제1 고정단 방향으로 이동될 수 있다. 다시 말해, 상기 인공근육(300)에 공압이 인가됨에 따라, 상기 반력 제공부(520)의 상기 스프링이 늘어날 수 있다. 상기 스프링이 늘어난 길이를 측정하는 것에 의해, 상기 인공근육(300)에 공압이 인가되는 경우의 상기 인공근육(300)의 출력(output)을 감지할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 인공근육 길이 감지 센서의 테스트 장치를 이용해, 상기 제1 고정단에 고정된 상기 인공근육(300)에 공압이 인가되는 경우, 상기 전도성 원사(120)의 저항, 상기 전도성 원사(120)의 수축 길이, 및 상기 인공근육(300)에 인가된 공압 간의 관계를 정의하는 데이터베이스를 저장할 수 있다. 이에 따라, 상기 데이터베이스를 이용해, 상기 인공근육(300)의 수축 길이(A)를 용이하게 감지할 수 있다.
도 17을 참조하면, 상기 인공근육 길이 감지 센서의 테스트는, 상기 인공근육 길이 감지 센서가 휘트스톤 브리지(wheatstone bridge)로 연결된 전기 회로를 이용해 수행될 수 있다.
이하, 본 발명의 구체적인 실험 예가 설명된다.
실험 예 1-1에 따른 전도성 편물의 제조
원사로 스판덱스를 준비하고, 전도성 원사로 은사를 준비하였다.
상기 전도성 원사 및 상기 은사 두 가닥을 이용하되, 상기 전도성 원사가 상기 편물층의 일 면과 타 면을 번갈아가면서, 상기 편물층의 고리와 인터락킹되도록 니팅하여, 실험 예 1-1에 따른 전도성 편물을 제조하였다.
실험 예 1-2에 따른 전도성 편물의 제조
상술된 실험 예 1-1에서, 상기 전도성 원사가 상기 편물층의 일 면에만, 상기 편물층의 고리와 인터락킹되도록 니팅하여, 실험 예 1-2에 따른 전도성 편물을 제조하였다.
실험 예 2-1에 따른 인공근육 길이 감지 센서의 제조
팽창 부재로 드래곤 스킨 30 A 및 B를 1:1로 혼합한 혼합물로 제조된 실리콘 바디를 준비하였다.
몰드에 상기 혼합물을 제공하고, 150 ˚F의 오븐에서 1~2 시간 동안 건조시켜, 공기 유입부 및 에어 블록을 포함하는 150 mm 길이 및 13 mm 직경의 인공근육을 제조하였다.
상술된 실험 예 1-1에 따른 전도성 편물을 준비하였다.
상기 전도성 편물을 상기 인공근육의 외연 전체를 둘러싸도록 제공하였다.
상기 인공근육의 상기 공기 유입부의 반대쪽에 장치 연결부를 제공하고, 상기 공기 유입부에 공기 주입부를 제공하였다.
상기 전도성 편물의 양 단을 상기 인공근육에 고정시키는 구리 재질의 고정 고리를 제공하였다.
상기 고정 고리에 전선을 납땜하고, 클램프로 채결하여, 실험 예 2-1에 따른 인공근육 길이 감지 센서를 제조하였다.
실험 예 2-2에 따른 인공근육 길이 감지 센서의 제조
상술된 실험 예 2-1에서, 실험 예 1-2에 따른 전도성 편물을 준비하여, 실험 예 2-2 따른 인공근육 길이 감지 센서를 제조하였다.
도 18은 본 발명의 실험 예 1-1 및 실험 예 1-2에 따른 전도성 편물의 구조도 및 실제 사진이고, 도 19는 본 발명의 실험 예 1-1에 따른 전도성 편물이 인공근육의 외연에 제공된 사진, 및 본 발명의 실험 예 1-2에 따른 전도성 편물이 인공근육의 외연에 제공된 사진이다.
도 18을 참조하면, 본 발명의 실험 예 1-1에 따른 전도성 편물은 리브 방식으로 제조될 수 있고, 본 발명의 실험 예 1-2에 따른 전도성 편물은 플래인 방식으로 제조될 수 있다. 상기 리브 방식은, 상기 전도성 원사가 상기 편물층의 일 면과 타 면을 번갈아가면서, 상기 편물층의 고리와 인터락킹되는 것을 포함할 수 있다. 상기 리브 방식으로 제조된 상기 전도성 편물 또는 상기 전도성 밴드의 경우, 상기 플래인 방식으로 제조된 상기 전도성 편물 또는 상기 전도성 밴드보다, 횡방향 신축성이 우수하고, 두께가 두꺼울 수 있다. 이에 따라, 별도의 커버가 불필요할 수 있다.
상기 플래인 방식은, 상기 전도성 원사 상기 편물층의 일 면에만, 상기 편물층의 고리와 인터락킹되는 것을 포함할 수 있다. 상기 플래인 방식으로 제조된 상기 전도성 편물 또는 상기 전도성 밴드의 경우, 상기 리브 방식으로 제조된 상기 전도성 편물 또는 상기 전도성 밴드보다, 가볍고 두께가 얇을 수 있다. 이에 따라, 별도의 커버가 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 별도의 커버로, 브래이디드 메쉬가 상기 리브 방식으로 제조된 상기 전도성 편물 또는 상기 전도성 밴드의 외연을 둘러싸도록 제공될 수 있다.
도 19를 참조하면, 본 발명의 실험 예 1-1 및 1-2에 따른 전도성 편물이 150 mm 길이의 상기 인공근육의 외연에 제공될 수 있다.
도 20은 본 발명의 실험 예 2-1에 따른 인공근육 길이 감지 센서의 테스트 결과를 보여주는 수축 길이-저항 데이터이고, 도 21은 상이한 외력에 따른 본 발명의 실험 예 2-1에 따른 인공근육 길이 감지 센서의 테스트 결과를 보여주는 수축 길이-저항 데이터이다.
도 20을 참조하면, 상기 인공근육 길이 감지 센서에 공압이 인가되는 경우, 상기 전도성 원사의 저항 및 상기 전도성 원사의 수축 길이 간의 관계를 감지할 수 있다. 도 20에 도시된 바와 같이, 상기 인공근육 길이 감지 센서에 공압이 인가되는 경우, 상기 전도성 원사의 저항이 증가함에 따라, 상기 전도성 원사의 수축 길이가 증가하는 것을 확인할 수 있다.
도 21을 참조하면, 본 발명의 실험 예에 따른 인공근육 길이 감지 센서의 테스트 장치의 반력 제공부에, 상이한 수의 스프링을 제공하여 상기 전도성 원사의 저항 및 상기 전도성 원사의 수축 길이 간의 관계를 감지할 수 있다. 도 21에 도시된 바와 같이, 상기 인공근육 길이 감지 센서에 공압이 인가되는 경우, 상기 전도성 원사의 저항이 증가함에 따라, 상기 전도성 원사의 수축 길이가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 상기 반력 제공부에 제공되는 상기 스프링의 수가 증가할수록, 상기 전도성 원사의 저항이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이러한 실험 결과를 통해, 상기 인공근육에 제공되는 외력이 증가할수록, 상기 인공근육의 수축률이 증가하는 것을 알 수 있다.
도 22는 외력이 인가되지 않은 경우에, 본 발명의 실험 예 2-2에 따른 인공근육 길이 감지 센서의 테스트 결과를 보여주는 수축 길이-저항 데이터이고, 도 23은 상이한 외력에 따른 본 발명의 실험 예 2-2에 따른 인공근육 길이 감지 센서의 테스트 결과를 보여주는 수축 길이-저항 데이터이다.
도 22를 참조하면, 외력이 인가되지 않은 경우, 상기 전도성 원사의 저항 및 상기 전도성 원사의 수축 길이 간의 관계를 감지할 수 있다. 도 22에 도시된 바와 같이, 상기 인공근육 길이 감지 센서에 공압이 인가되는 경우, 상기 전도성 원사의 저항이 증가함에 따라, 상기 전도성 원사의 수축 길이가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 22의 실험 결과 그래프에서 선형(linear) 곡선을 관찰할 수 있는 것에 따라, 본 발명의 실험 예에 따른 데이터베이스를 이용해, 상기 인공근육의 수축 길이를 용이하게 감지할 수 있음을 알 수 있다.
도 23을 참조하면, 본 발명의 실험 예에 따른 인공근육 길이 감지 센서의 테스트 장치의 반력 제공부에, 상이한 수의 스프링을 제공하여 상기 전도성 원사의 저항 및 상기 전도성 원사의 수축 길이 간의 관계를 감지할 수 있다. 도 23에 도시된 바와 같이, 상기 인공근육 길이 감지 센서에 공압이 인가되는 경우, 상기 전도성 원사의 저항이 증가함에 따라, 상기 전도성 원사의 수축 길이가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 상기 반력 제공부에 제공되는 상기 스프링의 수가 증가할수록, 상기 전도성 원사의 저항이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이러한 실험 결과를 통해, 상기 인공근육에 제공되는 외력이 증가할수록, 상기 인공근육의 수축률이 증가하는 것을 알 수 있다. 또한, 도 23의 실험 결과 그래프에서 선형(linear) 곡선을 관찰할 수 있는 것에 따라, 본 발명의 실험 예에 따른 데이터베이스를 이용해, 상기 인공근육의 수축 길이를 용이하게 감지할 수 있음을 알 수 있다.
도 24는 상이한 외력에 따른 본 발명의 실험 예 2-2에 따른 인공근육 길이 감지 센서의 테스트 결과를 보여주는 공압-수축 길이 데이터이고, 도 25는 상이한 외력에 따른 본 발명의 실험 예 2-2에 따른 인공근육 길이 감지 센서의 테스트 결과를 보여주는 공압-출력 데이터이다.
도 24를 참조하면, 본 발명의 실험 예에 따른 인공근육 길이 감지 센서의 테스트 장치의 반력 제공부에, 상이한 수의 스프링을 제공하여 상기 인공근육에 제공되는 공압 및 상기 인공근육의 수축 길이 간의 관계를 감지할 수 있다. 도 24에 도시된 바와 같이, 상기 인공근육 길이 감지 센서에 인가되는 공압이 증가하는 경우, 상기 전도성 원사의 저항이 증가함에 따라, 상기 전도성 원사의 수축 길이가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 상기 반력 제공부에 제공되는 상기 스프링의 수가 증가할수록, 상기 전도성 원사의 수축 길이가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이러한 실험 결과를 통해, 상기 인공근육에 제공되는 공압 및 외력이 증가할수록, 상기 인공근육의 수축률이 증가하는 것을 알 수 있다.
도 25를 참조하면, 본 발명의 실험 예에 따른 인공근육 길이 감지 센서의 테스트 장치의 반력 제공부에, 상이한 수의 스프링을 제공하여 상기 인공근육에 제공되는 공압 및 상기 인공근육의 출력 간의 관계를 감지할 수 있다. 도 25에 도시된 바와 같이, 상기 인공근육 길이 감지 센서에 인가되는 공압이 증가하는 경우, 상기 공압근육의 출력이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 상기 반력 제공부에 제공되는 상기 스프링의 수가 증가할수록, 상기 공압근육의 출력이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이러한 실험 결과를 통해, 상기 인공근육에 제공되는 공압 및 외력이 증가할수록, 상기 인공근육의 출력이 증가하는 것을 알 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 예에 따른 인공근육 길이 감지 센서 및 그의 테스트 장치에 대해 상세히 설명하였다. 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
100: 편물층
110: 원사
120: 전도성 원사
210: 리브(rib) 방식
220: 플래인(plain) 방식
300: 인공근육
301: 전도성 편물 또는 전도성 밴드
310: 인공근육의 외연을 둘러싸도록 전도성 편물이 제공된 인공근육 길이 감지 센서
320: 인공근육의 길이 방향을 따라 이격되어 마련된 전도성 밴드들을 포함하는 인공근육 길이 감지 센서
330: 인공근육의 원주 방향을 따라 이격되어 마련된 전도성 밴드들을 포함하는 인공근육 길이 감지 센서
410: 공기 유입부
420: 에어 블록(air block)
430: 장치 연결부
440: 공기 주입부
450: 고정 고리
460: 전선
470: 클램프(clamp)
510; 제2 고정단
520: 반력 제공부
530: 이동형 연결부
A: 수축길이

Claims (12)

  1. 팽창 부재로 이루어진 인공근육의 외연을 둘러싸도록 마련되며, 원사로 이루어진 고리(loop)에 다른 원사가 새로운 고리를 형성하면서 인터락킹된(interlocked) 편물층; 및
    상기 편물층에 니팅(knitting)되며 전도성을 가지는 전도성 원사를 포함하되,
    상기 편물층의 양 단을 상기 인공근육에 고정시키는 고정 고리; 및
    상기 고정 고리에 마련되되, 상기 전도성 원사와 전기적으로 연결되는 전선을 더 포함하며,
    상기 편물층이 길이 방향으로 수축하는 경우에도 상기 인공근육과 상기 편물층의 분리 방지가 가능하도록, 상기 고정 고리의 외주면에 가압 체결되는 형태로 상기 고정 고리 상에 제공되는 클램프를 더 포함하되,
    상기 전도성 원사는, 상기 편물층에 플래인(plain) 방식으로 니팅되되, 상기 편물층의 일 면에만, 상기 편물층의 고리와 인터락킹되어 전도성 편물 또는 전도성 밴드를 이루고,
    브래이디드 메쉬를 더 포함하며,
    상기 브래이디드 메쉬는 상기 전도성 편물 또는 전도성 밴드의 외연을 둘러싸도록 제공되되, 상기 고정 고리와 상기 클램프 사이에 배치되는, 인공근육 길이 감지 센서.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 편물층을 이루는 상기 원사의 탄성도는, 상기 전도성 원사의 탄성도보다 높은 것을 포함하는 인공근육 길이 감지 센서.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 전도성 원사는, 상기 인공근육의 길이 방향으로의 수축 및 팽창에 따라 서로 다른 전도성을 제공하는 인공근육 길이 감지 센서.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1 항에 있어서,
    복수 개의 상기 전도성 밴드가 상기 인공근육의 길이 방향을 따라 이격되어 마련되는 인공근육 길이 감지 센서.
  9. 제1 항에 있어서,
    복수 개의 상기 전도성 밴드가 상기 인공근육의 원주 방향을 따라 이격되어 마련되는 인공근육 길이 감지 센서.
  10. 삭제
  11. 제1항에 따른 인공근육 길이 감지 센서가 외주면에 마련된 인공근육의 일 단이 고정되는 제1 고정단;
    상기 제1 고정단과 대항하는 제2 고정단;
    상기 제2 고정단의 일 측에 마련되는 반력 제공부; 및
    상기 반력 제공부와 상기 인공근육의 타 단을 연결하는 이동형 연결부를 포함하되,
    상기 인공근육의 일 단에 마련된 공기 유입부를 통하여 상기 인공근육에 공압이 인가됨에 따라, 상기 인공근육이 상기 인공근육의 길이 방향으로 수축하는 경우, 상기 반력 제공부가 상기 반력 제공부의 길이 방향으로 팽창하면서, 상기 이동형 연결부가 상기 제2 고정단에서 상기 제1 고정단 방향으로 이동하는 인공근육 길이 감지 센서의 테스트 장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 고정단에 고정된 상기 인공근육에 공압이 인가되는 경우,
    상기 전도성 원사의 저항, 상기 전도성 원사의 수축 길이, 및 상기 인공근육에 인가된 공압 간의 관계를 정의하는 데이터베이스를 더 포함하는 인공근육 길이 감지 센서의 테스트 장치.
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