KR102275900B1 - 광학 감지형 액츄에이터, 광학 감지형 액츄에이터를 갖는 소프트 로봇 및 광학 감지형 액츄에이터의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광학 감지형 액츄에이터, 광학 감지형 액츄에이터를 갖는 소프트 로봇 및 광학 감지형 액츄에이터의 제조 방법을 제공하는 것으로, 채널로 공압이 공급되면 서로 다른 강도를 갖는 제 1 수지부와 제 2 수지부의 팽창되는 정도가 다르도록 구성되므로, 액츄에이터를 용이하게 굽힐 수 있어, 액츄에이터의 굽힘성 및 파지력이 향상되는 효과가 있다.

Description

광학 감지형 액츄에이터, 광학 감지형 액츄에이터를 갖는 소프트 로봇 및 광학 감지형 액츄에이터의 제조 방법{Optical Sensing Actuator, Soft Robot Having The Same and Manufacturing Methods of Optical Sensing Actuator}

본 발명은 광학 감지형 액츄에이터, 광학 감지형 액츄에이터를 갖는 소프트 로봇 및 광학 감지형 액츄에이터의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액츄에이터의 굽힘성 및 파지력이 향상되도록 하고, 광학을 이용하여 곡률 변화를 용이하게 감지하도록 하는 광학 감지형 액츄에이터, 광학 감지형 액츄에이터를 갖는 소프트 로봇 및 광학 감지형 액츄에이터의 제조 방법에 관한 것이다.

소프트 로봇은 기존의 로봇에 사용되는 금속과 같은 단단한 재료 대신 폴리머, 고무와 같은 유연하고 부드러운 재료를 이용하여 제작된 로봇을 일컫는다. 소프트 로봇은 주로 공압을 로봇의 구조에 인가하여 구조가 마치 풍선처럼 부풀어 오르는 현상 및 소재의 특성 차이를 이용하여 움직임을 생성한다.

이러한 종래 소프트 로봇이 적용된 액츄에이터는 내부 압력이 증가 또는 감소됨에 따라 움직임이 발생되는데 물건 등 대상체를 파지하기 위한 소프트 그리퍼 유닛에 적용되는 경우 액츄에이터가 단일의 재질로 형성됨으로 인하여 굽힘성 및 파지력이 저하되는 문제점이 있었다. 이에 따라 서로 다른 재질로 형성되는 한 쌍의 몸체를 이용하여 굽힙성 및 파지력이 향상되도록 하고, 광학을 이용하여 곡률 변화를 용이하게 감지할 수 있도록 하는 액츄에이터가 요구되고 있는 실정이다.

국내공개특허공보 제10-2019-0138447호

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 액츄에이터의 굽힘성 및 파지력이 향상되도록 하고, 광학을 이용하여 곡률 변화를 용이하게 감지하도록 하는 광학 감지형 액츄에이터, 광학 감지형 액츄에이터를 갖는 소프트 로봇 및 광학 감지형 액츄에이터의 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 가요성 재질로 형성되고 긴 형상으로 형성되며 일측 길이방향을 따라 오목하게 형성되는 채널을 갖는 제 1 몸체; 은 재질로 구성되며 상기 채널에 형성되는 제 1 코팅부; 가요성 재질로 형성되고 상기 채널을 덮도록 상기 제 1 몸체의 일측에 결합되는 제 2 몸체; 은 재질로 구성되며 상기 채널과 마주보는 제 2 몸체의 일측에 형성되는 제 2 코팅부; 및 상기 채널의 일단부에 배치되며 발광부와 수광부를 갖는 광학센서를 포함하고, 상기 제 1 몸체 및 상기 제 2 몸체 중 선택되는 어느 한 몸체는 복수 개의 제 1 수지부와 제 2 수지부가 상호 교호적으로 배열되되, 상기 제 1 수지부와 상기 제 2 수지부는 서로 다른 강도를 갖도록 구성되고, 상기 채널로 공압이 전달되면, 상기 제 1 수지부와 상기 제 2 수지부 중 강도가 약한 수지부가 상대적으로 더 팽창되어, 상기 제 1 몸체 및 상기 제 2 몸체가 일 방향으로 굽혀지도록 구성되고, 상기 발광부에서 발광하는 광을 상기 수광부가 수광할 때, 상기 제 1 몸체 및 상기 제 2 몸체의 곡률 변화에 따라 상기 수광부가 수광하는 광량이 변화되는 것을 특징으로 하는 광학 감지형 액츄에이터를 제공한다.

또한, 상기 발광부는 적외선을 발광하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광학 감지형 액츄에이터를 제공한다.

또한, 상기 제 1 코팅부 및 상기 제 2 코팅부는 증착에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 감지형 액츄에이터,

또한, 상기 채널의 일단부에는 상기 발광부가 삽입되도록 오목하게 형성되는 발광삽입부와, 상기 수광부가 삽입되도록 오목하게 형성되는 수광삽입부를 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 감지형 액츄에이터를 제공한다.

또한, 상기 제 1 몸체의 타측 및 상기 제 2 몸체의 타측에는 빛을 차단하기 위한 차단부가 코팅되는 것을 특징으로 하는 광학 감지형 액츄에이터를 제공한다.

또한, 상기 제 2 몸체는 상기 제 1 수지부 및 상기 제 2 수지부를 포함하도록 구성되고, 상기 제 1 수지부는 상기 제 1 몸체와 동일한 강도를 갖도록 구성되고, 상기 제 2 수지부는 상기 제 1 수지부보다 약한 강도를 갖도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광학 감지형 액츄에이터를 제공한다.

또한, 본 발명은 광학 감지형 액츄에이터를 갖는 소프트 로봇에 있어서, 이동이 가능하도록 형성되는 이동지지부; 상기 이동지지부의 하단부에 형성되는 연결지지부; 상기 연결지지부의 테두리를 따라 복수 개가 구비되는 브라켓; 및 각각의 상기 브라켓에 결합되는 복수 개의 상기 액츄에이터를 포함하고, 각각의 상기 액츄에이터로 공압이 전달되면 각각의 상기 액츄에이터가 굽혀지면서 복수의 상기 액츄에이터 사이에 위치되는 물체를 파지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광학 감지형 액츄에이터를 갖는 소프트 로봇을 제공한다.

또한, 본 발명은 광학 감지형 액츄에이터의 제조 방법에 있어서, 저면 길이방향을 따라 볼록하게 형성되는 채널형성부를 갖는 제 1 몰드와, 상기 제 1 몰드와 동일한 길이를 갖는 제 2 몰드를 각각 제공하는 몰드 제공 단계; 상기 제 1 몰드의 저면과 상기 제 2 몰드의 저면에 은을 코팅시켜서 상기 제 1 코팅부와 상기 제 2 코팅부를 각각 형성하는 코팅부 형성 단계; 상기 제 1 몰드에 용융된 제 1 수지를 채운 후 경화시켜서 상기 채널형성부와 마주보는 위치에 형성되는 상기 채널을 갖는 상기 제 1 몸체를 형성하는 제 1 몸체 형성 단계; 상기 제 2 몰드의 길이방향을 따라 블록으로 형성되는 복수 개의 상기 제 1 수지부가 상호 이격되도록 배치되는 제 1 수지부 배치 단계; 복수 개의 상기 제 1 수지부 사이 사이에 용융된 상기 제 2 수지부를 채운 후 경화시켜서 상기 제 2 몸체를 형성하는 제 2 몸체 형성 단계; 상기 제 1 몰드에서 상기 제 1 코팅부가 코팅된 상기 제 1 몸체를 탈형시키고 상기 제 2 몰드에서 상기 제 2 코팅부가 코팅된 상기 제 2 몸체를 탈형시키는 탈형 단계; 상기 채널형성부에 의하여 탈형된 상기 제 1 몸체의 일측에 오목하게 형성되는 상기 채널의 일단부에 상기 발광부와 상기 수광부를 갖는 상기 광학센서가 배치되는 센서 배치 단계; 및 상기 채널을 덮도록 상기 제 1 몸체의 일측에 상기 제 2 몸체의 일측이 상호 결합되도록 하는 결합 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 감지형 액츄에이터의 제조 방법을 제공한다.

또한, 상기 몰드 제공 단계와 상기 코팅부 형성 단계 사이에, 상기 제 1 몰드의 저면 및 상기 제 2 몰드의 저면에 제 1 침전안내층 및 제 2 침전안내층이 각각 코팅되는 침전안내층 코팅 단계를 더 포함하고, 상기 코팅부 형성 단계에서, 상기 제 1 코팅부는 상기 제 1 침전안내층에 형성되고, 상기 제 2 코팅부는 상기 제 2 침전안내층에 형성되고, 상기 탈형 단계와 상기 센서 배치 단계 사이에, 상기 제 1 코팅부에 남아 있는 상기 제 1 침전안내층 및 상기 제 2 코팅부에 남아 있는 상기 제 2 침전안내층이 제거되도록 하는 침전안내층 제거 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 감지형 액츄에이터의 제조 방법을 제공한다.

또한, 상기 침전안내층 코팅 단계 이후, 상기 제 1 침전안내층 및 상기 제 2 침전안내층의 표면을 세척하는 세척 단계를 더 포함하고, 상기 세척 단계에서, 상기 제 1 침전안내층 및 상기 제 2 침전안내층의 표면은 플라즈마 클리너에 의하여 표면처리되는 것을 특징으로 하는 광학 감지형 액츄에이터의 제조 방법을 제공한다.

또한, 상기 코팅부 형성 단계는, 상기 제 1 몰드와 상기 제 2 몰드 상에 은을 진공 증착시켜서 상기 제 1 코팅부와 상기 제 2 코팅부를 각각 형성하는 것을 특징으로 하는 광학 감지형 액츄에이터의 제조 방법,

또한, 상기 결합 단계 이후, 상기 제 1 몸체의 타측과 상기 제 2 몸체의 타측에 빛을 차단하기 위한 차단부가 일체로 코팅되는 차단부 형성 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 감지형 액츄에이터의 제조 방법을 제공한다.

또한, 상기 제 1 수지부 배치 단계에서, 상기 제 2 몰드의 길이방향 양측에는 상기 제 1 수지부의 양 단부를 안내하도록 복수 개의 안내홈이 형성되는 것을 특징으로 하는광학 감지형 액츄에이터의 제조 방법을 제공한다.

또한, 상기 제 1 수지부는 상기 제 1 몸체와 동일한 강도를 갖도록 구성되고, 상기 제 2 수지부는 상기 제 1 수지부보다 약한 강도를 갖도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광학 감지형 액츄에이터의 제조 방법을 제공한다.

본 발명은 채널로 공압이 공급되면 서로 다른 강도를 갖는 제 1 수지부와 제 2 수지부의 팽창되는 정도가 다르도록 구성되므로, 액츄에이터를 용이하게 굽힐 수 있어, 액츄에이터의 굽힘성 및 파지력이 향상되는 효과가 있다.

또한, 광학센서를 이용하여 액츄에이터의 곡률 변화를 용이하게 감지할 수 있어, 현재 액츄에이터가 어느 정도로 굽혀졌는지를 수치로 알 수 있어, 액츄에이터의 굽힘 정도를 용이하게 제어할 수 있는 효과가 있다.

또한, 제 1, 2 몸체를 커버하는 차단부에 의하여 외부의 빛이 차단되므로, 수광부는 발광부가 발광하는 광 이외에 외부의 빛을 감지할 수 없어, 수광부가 감지하는 광의 신뢰도는 더욱 상승되는 효과가 있다.

또한, 액츄에이터의 제조 방법에 있어서, 제 1, 2 몰드에 제 1, 2 침전안내층을 형성하므로, 제 1, 2 코팅부의 표면이 균일하게 형성되도록 하는 효과가 있다.

또한, 액츄에이터의 제조 방법에 있어서, 고체인 제 1, 2 침전안내층의 표면에 있던 제 1, 2 코팅부가 새롭게 큐어링되는 제 1, 2 몸체로 용이하게 전이되므로, 더욱 내구성 높은 제 1, 2 코팅부가 제 1, 2 몸체에 형성되는 효과가 있다.

또한, 액츄에이터의 제조 방법에 있어서, 제 1, 2 코팅부가 제 1, 2 몸체에 고르게 증착되므로, 제 1, 2 몸체가 일 방향으로 휘어진다 하더라도, 제 1, 2 코팅부가 제 1, 2 몸체를 안정적으로 커버하게 되어, 발광부가 발광하는 광의 로스(loss)율이 현저하게 낮아지게 되며, 이에 따라 수광부가 수광하는 광량의 신뢰도가 향상되는 효과가 있다.

또한, 액츄에이터의 제조 방법에 있어서, 제 2 몰드에 제 1 수지부를 배치할 때, 제 2 몰드의 양측에 복수 개의 안내홈이 일정 간격으로 오목하게 형성되므로, 제 1 수지부는 안내홈에 안내된 상태로 제 2 몰드에 일정 간격으로 배치되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 감지형 액츄에이터를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 감지형 액츄에이터의 제 1 몸체와 제 2 몸체가 결합되는 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 감지형 액츄에이터의 수직 단면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 감지형 액츄에이터의 수평 단면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 감지형 액츄에이터를 갖는 소프트 로봇을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 감지형 액츄에이터의 제조 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 감지형 액츄에이터의 제조 방법의 몰드제공단계, 침전안내층 형성단계 및 세척단계를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 감지형 액츄에이터의 제조 방법의 코팅부 형성단계를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 감지형 액츄에이터의 제조 방법의 제 1 몸체 형성단계를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 감지형 액츄에이터의 제조 방법의 제 1 수지부 배치단계를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 감지형 액츄에이터의 제조 방법의 제 2 몸체 형성단계를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 감지형 액츄에이터의 제조 방법의 탈형단계 및 침전안내층 제거 단계를 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 감지형 액츄에이터의 제조 방법의 센서 배치 단계 및 결합 단계를 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 감지형 액츄에이터의 제조 방법의 차단부 형성 단계를 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 감지형 액츄에이터, 광학 감지형 액츄에이터를 갖는 소프트 로봇 및 광학 감지형 액츄에이터의 제조 방법을 더욱 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 감지형 액츄에이터를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1의 (a)는 액츄에이터에 공기가 유입되기 전의 상태를 도시한 도면이고, 도 1의 (b)는 액츄에이터에 공기가 유입되고 있는 상태를 도시한 도면이며, 도 1의 (c)는 액츄에이터에 공기의 유입이 완료된 상태를 도시한 도면이다.

도 1의 (a)를 참조하면, 액츄에이터(100)는 탄성 재질로 형성되며 길이방향을 따라 긴 형상으로 형성된다. 그리고 액츄에이터(100)는 내부 길이방향을 따라 빈 공간의 채널(112)(도 2 도시)이 구비되어, 도 1의 (b)와 같이, 외부에서 채널(112)로 공압이 전달되면, 도 1의 (c)와 같이 액츄에이터(100)가 일 방향으로 굽혀지도록 구성된다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 감지형 액츄에이터의 제 1 몸체와 제 2 몸체가 결합되는 상태를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 감지형 액츄에이터의 수직 단면을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 감지형 액츄에이터(100)는 제 1 몸체(110), 제 2 몸체(120), 제 1 코팅부(114), 제 2 코팅부(122), 광학센서(130) 및 차단부(140)를 포함한다.

제 1 몸체(110)는 길이방향을 따라 긴 직육면체 형상으로 형성되고, 일측 길이방향을 따라 오목하게 채널(112)이 형성된다. 이러헌 제 1 몸체(110)는 탄성을 갖는 엘라스토머로 구성되는 것으로, 예를 들면 dragon skin과 같은 실리콘으로 구성될 수 있다.

제 2 몸체(120)는 제 1 몸체(110)와 마찬가지로 길이방향을 따라 긴 직육면체 형상으로 형성되며 채널(112)을 덮도록 제 1 몸체(110)의 일측에 결합된다. 이러한 제 2 몸체(120)는 복수 개의 제 1 수지부(120a)와 제 2 수지부(120b)가 상호 교호적으로 배열되도록 구성될 수 있다. 이때, 제 1 수지부(120a)는 제 1 몸체(110)를 형성하는 실리콘보다 약한 강도를 갖는 엘라스토머로 형성되는 것으로, 예를 들면 Ecoflex 30과 같은 실리콘으로 구성될 수 있다. 그리고 제 2 수지부(120b)는 제 1 몸체(110)를 형성하는 실리콘과 동일한 강도를 갖도록 구성된다. 이러한 제 2 수지부(120b)는 제 1 수지부(120a)의 외측을 일체로 덮도록 연장 형성되어, 전체적으로 보면, 제 2 수지부(120b)는 길이방향을 따라 긴 형상으로 형성되고, 제 2 수지부(120b)의 길이방향을 따라 복수 개의 오목부(120c)가 병렬로 배열되고, 각각의 오목부(120c)에 제 1 수지부(120a)가 안착되는 형상으로 형성되도록 구성될 수 있다.

그리고 채널(112)로 공압이 전달되면, 공압에 의하여 제 2 수지부(120b)보다 약한 강도를 갖는 제 1 수지부(120a)가 제 2 수지부(120b) 및 제 1 몸체(110)보다 상대적으로 더 많이 팽창되고, 이에 따라 제 2 몸체(120)의 길이가 제 1 몸체(110)보다 더 길어지게 되어, 액츄에이터(100)가 일 방향으로 굽혀지도록 구성된다.

제 1 코팅부(114)는 채널(112)을 덮도록 제 1 몸체(110)의 일측에 얇게 증착되는 것으로, 예를 들면 은 입자가 진공증착법에 의하여 증발되면서 제 1 몸체(110)의 일측에 증착된다. 제 2 코팅부(122)는 제 2 몸체(120)의 일측을 덮도록 제 2 몸체(120)의 일측에 얇게 증착되는 것으로, 예를 들면 은 입자가 진공증착법에 의하여 증발되면서 제 2 몸체(120)의 일측에 증착된다. 한편, 은(silver)은 광학적으로 반사가 용이하므로, 후술하는 발광부(132)가 발광하는 광을 용이하게 반사시킬 수 있다. 또한, 은이 제 1, 2 몸체(110, 120)에 고르게 증착되므로, 제 1, 2 몸체(110, 120)가 일 방향으로 휘어진다 하더라도, 제 1, 2 코팅부(114, 122)가 제 1, 2 몸체(110, 120)를 안정적으로 커버하게 되어, 발광부(132)가 발광하는 광의 로스(loss)율이 현저하게 낮아지게 되며, 이에 따라 수광부(134)가 수광하는 광량의 신뢰도가 향상되는 효과가 있다.

광학센서(130)는 채널(112)의 일단부에 배치되며 광을 발광시키는 발광부(132)와, 광을 수광하는 수광부(134)로 구성된다. 그리고 채널(112)의 일단부에는 오목한 발광삽입부(112a)와, 오목한 수광삽입부(112b)가 각각 나란하게 형성되어, 발광부(132)가 발광삽입부(112a)에 삽입되고, 수광부(134)가 수광삽입부(112b)에 삽입된다. 이에 따라, 발광부(132)가 발광하는 광이 수광부(134)에 간섭을 주지 않아, 수광부(134)는 발광부(132)가 발광하는 광을 정확하게 감지할 수 있다. 여기서 발광부(132)는 적외선을 발광하도록 구성될 수 있다. 그리고 채널(112)은 적외선이 이동되는 도파관 역할을 할 수 있다. 한편, 발광삽입부(112a)와 수광삽입부(112b) 사이에 공압이 공급되도록 공압전달홀(112c)이 형성될 수 있다.

차단부(140)는 제 1 몸체(110)의 타측 및 제 2 몸체(120)의 타측에 외부의 빛을 차단하기 위한 차단부(140)가 코팅된다. 차단부(140)는 검정색으로 염색된 실리콘 등으로 구성될 수 있다. 차단부(140)에 의하여 외부의 빛이 차단되므로, 수광부(134)는 발광부(132)가 발광하는 광 이외에 외부의 빛을 감지할 수 없어, 수광부(134)가 감지하는 광의 신뢰도는 더욱 상승되는 효과가 있다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 감지형 액츄에이터의 수평 단면을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 외부로부터 채널(112)로 공압이 전달되면, 제 1 수지부(120a)가 제 2 수지부(120b)보다 상대적으로 더 팽창되어, 액츄에이터(100)가 일 방향으로 굽혀진다. 이때, 발광부(132)에서 발광하는 광을 수광부(134)가 수광하게 되는데, 액츄에이터(100)가 휘어지는 정도 즉, 곡률 변화에 따라 수광부(134)가 수광하는 광량이 변화된다. 이에 따라 수광부(134)가 수광하는 광량 변화를 감지하면, 액츄에이터(100)의 휘어지는 정도를 알 수 있다. 예를 들면 공압의 크기에 따라 액츄에이터(100)의 곡률 변화가 커질 것이고, 액츄에이터(100)의 곡률 변화가 커질수록 수광부(134)가 수광하는 광량은 작아질 것이다. 이를 통하여 액츄에이터(100)의 곡률 변화를 정확하게 감지할 수 있다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 감지형 액츄에이터를 갖는 소프트 로봇을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 감지형 액츄에이터를 갖는 소프트 로봇(1000)은 지면과 이격되도록 위치되며 상하 이동이 가능하도록 형성되는 이동지지부(200)와, 이동지지부(200)의 하단부에 형성되는 연결지지부(300)와, 연결지지부(300)의 테두리를 따라 복수 개가 구비되는 브라켓(400)과, 각각의 브라켓(400)에 결합되는 복수 개의 액츄에이터(100)를 포함한다. 이동지지부(200)는 별도의 이동수단(미도시)에 지지된 상태로 상하 이동될 수도 있고, 지면에 지지된 상태로 상하 이동될 수도 있다. 연결지지부(300)는 예를 들면 원 기둥 형상, 다면체 형상 등으로 형성될 수 있다. 브라켓(400)에는 액츄에이터(100)가 관통 결합되되, 액츄에이터(100)의 상단은 브라켓(400)에 걸림 결합되거나, 또는 별도의 결합수단(미도시)을 이용하여 액츄에이터(100)를 브라켓(400)에 견고하게 결합시킬 수 있다. 그리고 각각의 액츄에이터로 공압이 전달되면 각각의 액츄에이터(100)가 굽혀지면서 복수의 액츄에이터(100) 사이에 위치되는 물체를 파지하도록 구성된다.

이처럼 본 발명은 액츄에이터(100)를 용이하게 굽힐 수 있으므로, 굽힘성 및 파지력이 향상되는 효과가 있다. 또한, 광학센서(130)를 이용하여 액츄에이터(100)의 곡률 변화를 용이하게 감지할 수 있어, 현재 액츄에이터(100)가 어느 정도로 굽혀졌는지를 수치로 알 수 있어, 액츄에이터(100)의 굽힘 정도를 용이하게 제어할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 감지형 액츄에이터의 제조 방법에 대하여 알아보기로 한다.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 감지형 액츄에이터의 제조 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 감지형 액츄에이터의 제조 방법은 몰드제공단계(S10), 침전안내층 형성단계(S11), 세척단계(S12), 코팅부 형성단계(S13), 제 1 몸체 형성단계(S14), 제 1 수지부 배치 및 제 2 몸체 형성단계(S15), 탈형단계(S16), 침전안내층 제거단계(S17), 센서 배치단계(S18), 결합단계(S19) 및 차단부 형성단계(S20)를 포함한다. 이하, 이들 단계에 대하여 설명하기로 한다.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 감지형 액츄에이터의 제조 방법의 몰드제공단계, 침전안내층 형성단계 및 세척단계를 도시한 도면이다.

도 7의 (a)를 참조하면, 몰드제공단계(S10)는 제 1 몸체(110)를 형성하기 위한 제 1 몰드(10)와, 제 2 몸체(120)를 형성하기 위한 제 2 몰드(20)를 제공한다. 제 1 몰드(10) 및 제 2 몰드(20)는 예를 들면 직육면체 형상으로 길게 형성된다. 그리고 제 1 몰드(10)는 그 길이방향 일측을 따라 볼록하게 채널형성부(12)가 형성된다.

도 7의 (b)를 참조하면, 침전안내층 형성단계(S11)는 제 1 몰드(10)의 저면 및 제 2 몰드(20)의 저면에 제 1 침전안내층(30) 및 제 2 침전안내층(40)이 각각 코팅되도록 한다. 제 1, 2 침전안내층(30, 40)은 예를 들면 용융된 엘라스토머를 제 1, 2 몰드(10, 20)에 각각 떨어트린 후 2000 rpm의 스핀코터(spin coater)를 이용하여 제 1, 2 몰드(10, 20)에 떨어진 엘라스토머가 고르고 얇게 퍼지도록 하여 제 1, 2 몰드(10, 20)에 제 1, 2 침전안내층(30, 40)이 형성되도록 한다. 그 후, 오븐을 이용하여 60도에서 30분 동안 제 1, 2 침전안내층(30, 40)을 경화시킨다.

이러한 제 1, 2 침전안내층(30, 40)을 형성하는 이유는, 제 1, 2 몰드(10, 20)의 경우 단순하고 저비용으로 제작되므로, 그 표면이 균일하지 않다. 그런데 제 1, 2 침전안내층(30, 40) 없이 제 1, 2 몰드(10, 20)에 후술하는 제 1, 2 코팅부(114, 122)를 형성하면, 제 1, 2 코팅부(114, 122) 또한 제 1, 2 몰드(10, 20)의 표면을 따라 균일하지 않게 제작되는데, 이는, 광을 반사시키는 제 1, 2 코팅부(114, 122)의 신뢰성 및 균일성을 떨어트리는 문제점으로 작용한다. 본 발명은 제 1, 2 몰드(10, 20)에 제 1, 2 침전안내층(30, 40)을 형성하여 후술하는 제 1, 2 코팅부(114, 122)의 표면이 균일하게 형성되도록 하는 효과가 있다.

도 7의 (c)를 참조하면, 세척단계(S12)는 플라즈마 클리너(EQ-PCE-3, MTI)를 이용하여 제 1 침전안내층(30) 및 제 2 침전안내층(40)을 표면처리하도록 한다. 플라즈마 클리너를 이용하여 제 1 침전안내층(30) 및 제 2 침전안내층(40)의 표면을 표면처리 즉, 세척하면 제 1 침전안내층(30) 및 제 2 침전안내층(40)의 표면 에너지가 증가되어 후술하는 코팅부 형성 단계(S13)에서 은 입자가 제 1, 2 침전안내층(30, 40)에 용이하게 증착되는 효과가 있다.

도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 감지형 액츄에이터의 제조 방법의 코팅부 형성단계를 도시한 도면이다.

도 8을 참조하면, 코팅부 형성 단계(S13)는 제 1 몰드(10)의 저면과 제 2 몰드(20)의 저면에 각각 은을 코팅시켜서 제 1 코팅부(114)와 제 2 코팅부(122)를 각각 형성한다. 이때, 진공증착법(vacuum evaporation)을 이용하여, 진공 내에서 은을 가열하여 증발시킨 후 그 증발된 은 입자를 제 1, 2 몰드(10, 20)의 저면에 증착시켜서 제 1, 2 몰드(10, 20)의 저면에 형성되는 제 1, 2 침전안내층(30, 40)에 제 1, 2 코팅부(114, 122)가 각각 형성되도록 한다. 은(silver)은 광학적으로 반사율이 우수하고 상대적으로 낮은 비용을 형성하고 있어, 은으로 제 1, 2 코팅부(114, 122)를 형성하는 것이 바람직하다.

도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 감지형 액츄에이터의 제조 방법의 제 1 몸체 형성단계를 도시한 도면이다.

도 9를 참조하면, 제 1 몸체 형성단계(S14)는 제 1 몰드(10)에 용융된 제 1 수지를 채운 후 경화시켜서 제 1 몸체(110)를 형성한다. 상기 제 1 수지는 후술하는 제 1 수지부(120a: 도 10 도시)보다 상대적으로 강한 강도를 갖는 엘라스토머로 구성되는 것으로, 예를 들면 dragon skin과 같은 실리콘으로 구성될 수 있다. 제 1 몰드(10)의 채널형성부(12)와 마주보는 제 1 몸체(110)의 내측에는 오목하게 채널(112)이 형성된다.

이처럼 본 발명은 제 1 코팅부(114)가 형성된 제 1 몰드(10)에 용융된 제 1 수지가 채워지므로, 제 1 몰드(10)에 기 형성된 제 1 코팅부(114)는 새롭게 채워지는 제 1 수지로 전이된다. 그 결과, 제 1 수지의 경화에 의하여 형성되는 제 1 몸체(110)에는 균일한 높은 내구도를 갖는 제 1 코팅부(114)가 형성되는 효과가 있다.

도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 감지형 액츄에이터의 제조 방법의 제 1 수지부 배치단계를 도시한 도면이고, 도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 감지형 액츄에이터의 제조 방법의 제 2 몸체 형성단계를 도시한 도면이다.

먼저, 도 10을 참조하면, 제 1 수지부 배치 및 제 2 몸체 형성 단계는(S15)는 제 1 수지부 배치단계 및 후술하는 제 2 몸체 형성 단계로 구분된다. 제 1 수지부 배치단계는 제 2 몰드(20)의 길이방향을 따라 블록으로 형성되는 복수 개의 제 1 수지부(120a)가 상호 이격되도록 배치된다. 제 1 수지부(120a)는 제 1 몸체(110)를 형성하는 제 1 수지보다 약한 강도를 갖는 엘라스토머로 형성되는 것으로, 예를 들면 Ecoflex 30과 같은 실리콘으로 구성될 수 있다. 이때, 제 2 몰드(20)의 길이방향 양측에는 복수 개의 제 1 수지부(120a)의 양 단부를 각각 안내하기 위한 복수 개의 안내홈(22)이 일정 간격으로 오목하게 형성될 수 있다. 이처럼 제 2 몰드(20)에 제 1 수지부(120a)를 배치할 때, 제 2 몰드(20)의 양측에 복수 개의 안내홈(22)이 일정 간격으로 오목하게 형성되므로, 제 1 수지부(120a)는 안내홈(22)에 안내된 상태로 제 2 몰드(20)에 일정 간격으로 배치되는 효과가 있다.

도 11을 참조하면, 제 2 몸체 형성 단계는 제 2 몰드(20)의 복수 개의 제 1 수지부(120a) 사이 사이에 용융된 제 2 수지부(120b)를 채운 후 경화시켜서 제 2 몸체(120)를 형성하도록 한다. 제 2 수지부(120b)는 제 1 몸체(110)를 형성하는 제 1 수지와 동일한 강도를 갖는 재질로 구성될 수 있다. 이때, 제 1 수지부(120a)의 표면은 제 2 수지부(120b)의 높은 온도에 의하여 일부 용융된다.

이처럼 제 2 코팅부(122)가 형성된 제 2 몰드(20)에 용융된 제 2 수지부(120b) 채워지므로, 제 2 몰드(20)에 기 형성된 제 2 코팅부(122)는 용융된 제 1, 2 수지부(120a, 120b)로 전이된다. 그 결과, 제 1, 2 수지부(120a, 120b)의 경화에 의하여 형성되는 제 2 몸체(120)에는 균일한 높은 내구도를 갖는 제 2 코팅부(122)가 형성되는 효과가 있다.

즉, 제 1, 2 몸체(110, 120)보다 높은 탄성률을 갖는 폴리디메틸실록산(Polydimethyl siloxane, PDMS)과 같은 폴리머의 경우, 진공증착법 등을 이용하여 제 1, 2 코팅부(114, 122)를 형성할 수 있다. 그러나 PDMS 보다 낮은 탄성률을 갖는 제 1, 2 몸체(110, 120)에 진공증착법을 직접 가하여 제 1, 2 코팅부(122)를 형성하기에는 한계가 존재한다. 이에 따라 본 발명은 제 1, 2 침전안내층(30, 40)에 제 1, 2 코팅부(114, 122)를 미리 형성하고, 그 후 용융된 수지가 제 1, 2 몸체(110, 120)에 큐어링되므로, 고체인 제 1, 2 침전안내층(30, 40)의 표면에 있던 제 1, 2 코팅부(114, 122)가 새롭게 큐어링되는 제 1, 2 몸체(110, 120)로 용이하게 전이되어, 더욱 내구성 높은 제 1, 2 코팅부(114, 122)가 제 1, 2 몸체(110, 120)에 형성되는 것이다.

도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 감지형 액츄에이터의 제조 방법의 탈형단계 및 침전안내층 제거 단계를 도시한 도면이다.

도 12를 참조하면, 탈형단계(S16)는 제 1 몰드(10)에서 제 1 코팅부(114)가 코팅된 제 1 몸체(110)를 탈형시키고, 마찬가지로 제 2 몰드(20)에서 제 2 코팅부(122)가 코팅된 제 2 몸체(120)를 탈형시킨다. 그러면 제 1 몸체(110)의 일측에는 제 1 코팅부(114) 및 제 1 침전안내층(30)이 차례로 위치되고, 제 2 몸체(120)의 일측에는 제 2 코팅부(122) 및 제 2 침전안내층(40)이 차례로 위치된다.

그 후, 침전안내층 제거단계(S17)는 제 1 코팅부(114)에 남아 있는 제 1 침전안내층(30) 및 제 2 코팅부(122)에 남아 있는 제 2 침전안내층(40)이 제거되도록 하여, 제 1 몸체(110)에는 제 1 코팅부(114)만 코팅되도록 하고, 제 2 몸체(120)에는 제 2 코팅부(122)만 코팅되도록 한다.

도 13은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 감지형 액츄에이터의 제조 방법의 센서 배치 단계 및 결합 단계를 도시한 도면이고, 도 14는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 감지형 액츄에이터의 제조 방법의 차단부 형성 단계를 도시한 도면이다.

도 13 및 도 14를 참조하면, 센서 배치 단계(S18)는 채널형성부(12)에 의하여 탈형된 제 1 몸체(110)의 일측에 오목하게 형성되는 채널(112)의 일단부에 발광부(132)와 수광부(134)를 갖는 광학센서(130)가 배치되도록 한다. 결합단계(S19)는 채널(112)을 덮도록 제 1 몸체(110)의 일측에 제 2 몸체(120)의 일측이 상호 결합되도록 한다. 차단부 형성 단계(S20)는 제 1 몸체(110)의 타측과 제 2 몸체(120)의 타측에 빛을 차단하기 위한 차단부(140)가 일체로 코팅되도록 하여 최종적으로 액츄에이터(100)를 제조한다. 차단부(140)는 예를 들면 검정색으로 염색된 실리콘 등으로 구성될 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에서 상세히 설명되었지만, 본 발명을 이로 한정하지 않음은 당연하고, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것으로 보아야 한다.

10: 제 1 몰드 12: 채널형성부
20: 제 2 몰드 22: 안내홈
30: 제 1 침전안내층 40: 제 2 침전안내층
100: 액츄에이터 110: 제 1 몸체
112: 채널 112a: 발광삽입부
112b: 수광삽입부 112c: 공압전달홀
114: 제 1 코팅부 120: 제 2 몸체
120a: 제 1 수지부 120b: 제 2 수지부
120c: 오목부 122: 제 2 코팅부
130: 광학센서 132: 발광부
134: 수광부 140: 차단부
1000: 로봇 100: 액츄에이터
200: 이동지지부 300: 연결지지부
400: 브라켓

Claims (14)

1. 가요성 재질로 형성되고 긴 형상으로 형성되며 일측 길이방향을 따라 오목하게 형성되는 채널을 갖는 제 1 몸체;
   은 재질로 구성되며 상기 채널에 형성되는 제 1 코팅부;
   가요성 재질로 형성되고 상기 채널을 덮도록 상기 제 1 몸체의 일측에 결합되는 제 2 몸체;
   은 재질로 구성되며 상기 채널과 마주보는 제 2 몸체의 일측에 형성되는 제 2 코팅부; 및
   상기 채널의 일단부에 배치되며 발광부와 수광부를 갖는 광학센서를 포함하고,
   상기 제 1 몸체 및 상기 제 2 몸체 중 선택되는 어느 한 몸체는 복수 개의 제 1 수지부와 제 2 수지부가 상호 교호적으로 배열되되, 상기 제 1 수지부와 상기 제 2 수지부는 서로 다른 강도를 갖도록 구성되고,
   상기 채널로 공압이 전달되면, 상기 제 1 수지부와 상기 제 2 수지부 중 강도가 약한 수지부가 상대적으로 더 팽창되어, 상기 제 1 몸체 및 상기 제 2 몸체가 일 방향으로 굽혀지도록 구성되고,
   상기 발광부에서 발광하는 광을 상기 수광부가 수광할 때, 상기 제 1 몸체 및 상기 제 2 몸체의 곡률 변화에 따라 상기 수광부가 수광하는 광량이 변화되는 것을 특징으로 하는 광학 감지형 액츄에이터.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 발광부는 적외선을 발광하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광학 감지형 액츄에이터.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 코팅부 및 상기 제 2 코팅부는 증착에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 감지형 액츄에이터,
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 채널의 일단부에는 상기 발광부가 삽입되도록 오목하게 형성되는 발광삽입부와, 상기 수광부가 삽입되도록 오목하게 형성되는 수광삽입부를 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 감지형 액츄에이터.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 몸체의 타측 및 상기 제 2 몸체의 타측에는 빛을 차단하기 위한 차단부가 코팅되는 것을 특징으로 하는 광학 감지형 액츄에이터.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 2 몸체는 상기 제 1 수지부 및 상기 제 2 수지부를 포함하도록 구성되고,
   상기 제 1 수지부는 상기 제 1 몸체와 동일한 강도를 갖도록 구성되고,
   상기 제 2 수지부는 상기 제 1 수지부보다 약한 강도를 갖도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광학 감지형 액츄에이터.
   
7. 제 1 항 기재의 광학 감지형 액츄에이터를 갖는 소프트 로봇에 있어서,
   이동이 가능하도록 형성되는 이동지지부;
   상기 이동지지부의 하단부에 형성되는 연결지지부;
   상기 연결지지부의 테두리를 따라 복수 개가 구비되는 브라켓; 및
   각각의 상기 브라켓에 결합되는 복수 개의 상기 액츄에이터를 포함하고,
   각각의 상기 액츄에이터로 공압이 전달되면 각각의 상기 액츄에이터가 굽혀지면서 복수의 상기 액츄에이터 사이에 위치되는 물체를 파지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광학 감지형 액츄에이터를 갖는 소프트 로봇.
   
8. 제 1 항 기재의 광학 감지형 액츄에이터의 제조 방법에 있어서,
   저면 길이방향을 따라 볼록하게 형성되는 채널형성부를 갖는 제 1 몰드와, 상기 제 1 몰드와 동일한 길이를 갖는 제 2 몰드를 각각 제공하는 몰드 제공 단계;
   상기 제 1 몰드의 저면과 상기 제 2 몰드의 저면에 은을 코팅시켜서 상기 제 1 코팅부와 상기 제 2 코팅부를 각각 형성하는 코팅부 형성 단계;
   상기 제 1 몰드에 용융된 제 1 수지를 채운 후 경화시켜서 상기 채널형성부와 마주보는 위치에 형성되는 상기 채널을 갖는 상기 제 1 몸체를 형성하는 제 1 몸체 형성 단계;
   상기 제 2 몰드의 길이방향을 따라 블록으로 형성되는 복수 개의 상기 제 1 수지부가 상호 이격되도록 배치되는 제 1 수지부 배치 단계;
   복수 개의 상기 제 1 수지부 사이 사이에 용융된 상기 제 2 수지부를 채운 후 경화시켜서 상기 제 2 몸체를 형성하는 제 2 몸체 형성 단계;
   상기 제 1 몰드에서 상기 제 1 코팅부가 코팅된 상기 제 1 몸체를 탈형시키고 상기 제 2 몰드에서 상기 제 2 코팅부가 코팅된 상기 제 2 몸체를 탈형시키는 탈형 단계;
   상기 채널형성부에 의하여 탈형된 상기 제 1 몸체의 일측에 오목하게 형성되는 상기 채널의 일단부에 상기 발광부와 상기 수광부를 갖는 상기 광학센서가 배치되는 센서 배치 단계; 및
   상기 채널을 덮도록 상기 제 1 몸체의 일측에 상기 제 2 몸체의 일측이 상호 결합되도록 하는 결합 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 감지형 액츄에이터의 제조 방법.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 몰드 제공 단계와 상기 코팅부 형성 단계 사이에,
   상기 제 1 몰드의 저면 및 상기 제 2 몰드의 저면에 제 1 침전안내층 및 제 2 침전안내층이 각각 코팅되는 침전안내층 코팅 단계를 더 포함하고,
   상기 코팅부 형성 단계에서, 상기 제 1 코팅부는 상기 제 1 침전안내층에 형성되고, 상기 제 2 코팅부는 상기 제 2 침전안내층에 형성되고,
   상기 탈형 단계와 상기 센서 배치 단계 사이에, 상기 제 1 코팅부에 남아 있는 상기 제 1 침전안내층 및 상기 제 2 코팅부에 남아 있는 상기 제 2 침전안내층이 제거되도록 하는 침전안내층 제거 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 감지형 액츄에이터의 제조 방법.
   
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 침전안내층 코팅 단계 이후, 상기 제 1 침전안내층 및 상기 제 2 침전안내층의 표면을 세척하는 세척 단계를 더 포함하고,
    상기 세척 단계에서, 상기 제 1 침전안내층 및 상기 제 2 침전안내층의 표면은 플라즈마 클리너에 의하여 표면처리되는 것을 특징으로 하는 광학 감지형 액츄에이터의 제조 방법.
    
11. 제 8 항에 있어서,
    상기 코팅부 형성 단계는,
    상기 제 1 몰드와 상기 제 2 몰드 상에 은을 진공 증착시켜서 상기 제 1 코팅부와 상기 제 2 코팅부를 각각 형성하는 것을 특징으로 하는 광학 감지형 액츄에이터의 제조 방법,
    
12. 제 8 항에 있어서,
    상기 결합 단계 이후,
    상기 제 1 몸체의 타측과 상기 제 2 몸체의 타측에 빛을 차단하기 위한 차단부가 일체로 코팅되는 차단부 형성 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 감지형 액츄에이터의 제조 방법.
    
13. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 수지부 배치 단계에서,
    상기 제 2 몰드의 길이방향 양측에는 상기 제 1 수지부의 양 단부를 안내하도록 복수 개의 안내홈이 형성되는 것을 특징으로 하는광학 감지형 액츄에이터의 제조 방법.
    
14. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 수지부는 상기 제 1 몸체와 동일한 강도를 갖도록 구성되고,
    상기 제 2 수지부는 상기 제 1 수지부보다 약한 강도를 갖도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광학 감지형 액츄에이터의 제조 방법.

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