KR102353298B1 - 전기 정지 마찰력을 이용한 가변 강성 메커니즘 - Google Patents

전기 정지 마찰력을 이용한 가변 강성 메커니즘 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기 정지 마찰력을 이용한 레이어 재밍 구동장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이어 재밍 가변 강성 장치에 있어서, 복수의 레이어가 수직방향으로 단부가 교차되도록 적층되는 레이어적층체;를 포함하고, 상기 레이어들은 상대적 슬라이딩과 회전이 가능하도록 서로 결합되며, 각각은 전극층과 유전체층을 포함하여 상대운동하는 상기 레이어들 사이에 전기장을 작용시켜 정전기력을 유발하고, 상기 정전기력은 전기 정지 마찰력을 유발하여 상기 레이어들 사이의 상대운동을 방지하는 것을 특징으로 하는 전기 정지 마찰력을 이용한 레이어 재밍 가변 강성 장치에 관한 것이다.

Description

전기 정지 마찰력을 이용한 가변 강성 메커니즘{Mechanism for variable stiffness using electro-stiction force}
본 발명은 전기 정지 마찰력을 이용한 가변 강성 메커니즘에 대한 것이다.
현재 웨어러블 로봇에 효과적인 가변 강성 메커니즘을 구현할 수 있는 레이어 재밍 구동장치의 필요성이 대두되고 있다.
그러나 종래 레이어 재밍 구동장치는 강성 증가가 선형 인장방향으로만 증가하도록 제작되어 왔다.
이러한 구조적 특징으로 인하여 레이어 재밍 구동장치는 굴곡이 심한 부위나, 필요한 가변강성이 길이 방향의 선형 강성뿐만 아니라 회전에 대해 저항하는 비틀림 강성의 경우에 사용하기 어려운 문제점이 한다. 결국 움직임이 제한되어, 굴곡이 많은 신체에 착용하는 소프트 웨어러블 로봇에는 적합하지 않다.
또한, 공기압력을 이용하는 레이어 재밍 가변강성 구동장치의 경우 외부의 유연한 인클로저가 과하게 늘어날 경우 레이어가 외부로 빠지는 경우가 발생할 수 있고, 이러한 경우, 레이어 재밍 구동장치의 내부가 밀폐되어 있어 빠진 레이어가 제자리를 다시 찾기가 어렵고, 이는 곧 레이어 재밍 구동장치의 성능하락으로 이어지게 된다.
또한, 공기압력을 이용하는 레이어 재밍 가변강성 구동장치의 경우, 외부에서 공기를 넣었다 빼었다 하는 부가적인 기구가 필요하며, 공기가 이동하면서 발생하는 지연 때문에 응답속도가 상대적으로 느린 단점이 있다.
따라서 다양한 굴곡을 가진 사람의 신체에 적용이 가능한 구조를 가져 다자유도가 필요한 웨어러블 로봇에 효과적이며, 응답속도가 빠른 가변 강성 메커니즘을 구현할 수 있는 레이어 재밍 구동장치의 개발이 요구되었다.
대한민국 공개특허 10-2019-0055661 대한민국 등록특허 10-1303329 대한민국 등록특허 10-1466226 대한민국 공개특허 10-2019-0020481
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 다양한 굴곡을 가진 사람의 신체에 적용이 가능한 구조를 가져 다자유도가 필요한 웨어러블 로봇에 수 ms이내로 작동이 매우 빠르고 효과적인 가변 강성 메커니즘을 구현할 수 있는, 전기 정지 마찰력을 이용한 레이어 재밍 가변 강성 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 제1목적은, 레이어 재밍 구동장치에 있어서, 복수의 레이어가 수직방향으로 단부가 교차되도록 적층되는 레이어 적층체;를 포함하고, 상기 레이어들은 상대적 슬라이딩과 회전이 가능하도록 서로 결합되며, 각각은 전극층과 유전체층을 포함하여 상대운동하는 상기 레이어들 사이에 전기장을 작용시켜 전기 정지 마찰력을 유발하고, 상기 전기 정지 마찰력은 전단력을 유발하여 상기 레이어들 사이의 상대운동을 방지하는 것을 특징으로 하는 전기 정지 마찰력을 이용한 레이어 재밍 가변 강성 장치로서 달성될 수 있다.
그리고 상기 레이어 적층체는, 수직방향으로 서로 특정간격 이격되게 복수의 제1레이어가 배치되는 적어도 하나의 제1레이어 적층체와, 상기 특정간격 각각에 상기 제1레이어의 단부와 교차되도록 제2레이어가 배치되는 적어도 하나의 제2레이어 적층체를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 레이어 적층체는 큰 변형이 쉬운 탄성중합체 혹은 고무 재질로 구성된 인클로저 내부에 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 제1레이어와 상기 제2레이어 각각의 중앙에는 길이방향으로 형성된 슬라이딩 슬롯이 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 제1레이어와 제2레이어 각각은 유전체층, 전극층, 지지층, 전극층이 수직방향으로 적층 결합되어 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 유전체층은 유전율이 높은 poly(vinylidene fluoride) (PVDF) 기반의 고분자로 구성할 수 있으며, 특히 완화형 강유전 고분자인 Poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene-chlorotrifluoroethylene) (P(VDF-TrFE-CTFE) 및 Poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene-chlorofluoroethylene) P(VDF-TrFE-CFE) 중 적어도 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 제1레이어 각각은 중심부에 상기 제1레이어들의 상하간의 각 전극층을 전기적으로 연결하기 위한 제1연결전극이 관통될 수 있는 연결홀을 갖고, 상기 제2레이어 각각은 중심부에 상기 제2레이어들의 상하간의 각 전극층을 전기적으로 연결하기 위한 제2연결전극이 관통될 수 있는 연결홀을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 제1레이어 적층체의 제1연결전극과, 제2레이어 적층체의 제2연결전극에 연결되어, 상기 제1연결전극과 상기 제2연결전극에 서로 다른 전위의 전압을 인가하여, 상기 제1레이어 적층체와 상기 제2레이어 적층체 간에 전기 정지 마찰력이 발생되도록 하는 전압인가부;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 제1레이어 적층체와 상기 제2레이어 적층체의 교차단부에서 상기 슬라이딩 슬롯에 관통되어 상기 제1레이어 적층체와 상기 제2레이어 적층체가 서로 슬라이딩과 회전이 가능하도록 연결하는 연결부재;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 연결부재는, 상기 슬라이딩 슬롯에 관통되는 부도체 핀으로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 연결부재는, 상기 교차단부의 최상단에 구비되는 상단 연결레이어와, 상기 교차단부 최하단에 구비되는 하단 연결레이어와, 상기 하단 연결레이어에 구비되어 상기 슬라이딩 슬롯에 관통되는 부도체 핀과, 상기 부도체 핀의 단부가 내부에 삽입되도록 상기 상단 연결레이어에 구비되는 부도체 관과, 상기 상단 연결레이어와 상기 하단 연결레이어를 연결하는 탄성스트링을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 레이어 적층체의 일단에는 상기 레이어 적층체를 다른 물체에 고정하기 위한 홀더가 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 레이어적층체는 수직방향으로 복수로 구비될 수 있으며, 상기 홀더는 복수의 레이어적층체 간의 사이공간으로 돌출되어 상기 복수의 레이어적층체 간을 고정하는 고정단을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 레이어의 양단부는 라운드지게 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 레이어적층체는 어느 하나의 레이어의 단부에서, 2개 이상의 레이어가 병렬 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제2목적은 앞서 언급한 제1목적에 따른 가변강성 구동장치가 적용되는 것을 특징으로 하는 웨어러블 로봇으로서 달성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전기 정지 마찰력을 이용한 레이어 재밍 가변 강성 장치에 따르면, 다양한 굴곡을 가진 사람의 신체에 적용이 가능한 구조를 가져 다자유도가 필요한 웨어러블 로봇에 수 ms이내로 작동이 매우 빠르고 효과적인 가변 강성 메커니즘을 구현할 수 있는 효과를 갖는다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 정지 마찰력을 이용한 레이어 재밍 가변 강성 장치의 평면도,
도 2a는 본 발명의 실시 예에 따른 정상상태에서의 레이어적층체의 정면도,
도 2b는 본 발명의 실시 예에 따른 정전기력 발생시, 레이어적층체의 정면도,
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 수축시 레이어적층체의 평면도,
도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 확장시 레이어적층체의 평면도,
도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 회전시 레이어적층체의 평면도,
도 3d는 본 발명의 실시예에 따른 하나의 특정 레이어에 2개의 레이어가 단부에서 연결된 형태의 레이어의 평면도,
도 4a는 본 발명의 실시예에 따라 정상상태에서, 레이어적층체의 사시도,
도 4b는 본 발명의 실시예에 따라 정전기력 발생시, 레이어적층체의 사시도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 레이어(우측)와, 레이어를 구성하는 유전체층, 전극층, 지지층, 전극층, 유전체층의 평면도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 제1연결전극과 제2연결전극이 연결된 레이어적층체의 사시도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전기 정지 마찰력을 이용한 레이어 재밍 가변 강성 장치의 정단면도,
도 8은 본 발명의 실시예에 따라, 전압인가부에 연결된 전기 정지 마찰력을 이용한 레이어 재밍 가변 강성 장치의 정단면도,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 연결부재의 사시도를 도시한 것이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 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, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 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. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 전기 정지 마찰력을 이용한 레이어 재밍 가변 강성 장치(100)의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다.
먼저 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기 정지 마찰력을 이용한 레이어 재밍 가변 강성 장치의 평면도를 도시한 것이다.
그리고 도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 정상상태에서의 레이어적층체의 정면도를 도시한 것이고, 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 정전기력 발생시, 레이어적층체의 정면도를 도시한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 전기 정지 마찰력을 이용한 레이어 재밍 가변 강성 장치(100)는, 인클로저(10) 내의 수용공간에 레이어적층체(30)를 포함하여 구성된다.
레이어적층체(30)는 복수의 레이어(20)가 수직방향으로 단부가 교차되도록 적층되도록 구성된다.
레이어(20)들은 상대적 슬라이딩과 회전이 가능하도록 서로 결합되며, 각각은 전극층(24)과 유전체층(23)을 포함하여, 상대운동하는 레이어(20)들 사이에 전기장을 작용시켜 정전기력을 유발하고, 이러한 정전기력은 전기 정지 마찰력을 유발하여 상기 레이어(20)들 사이의 상대운동을 방지하도록 구성된다.
인클로저(Enclosure)(10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 전기 정지 마찰력을 이용한 레이어 재밍 가변 강성 장치(100)의 외관을 형성하는 부분으로서, 일방으로 긴 납작한 직육면체 형상으로 구성됨을 알 수 있다. 인클로저(10)의 내부에는 레이어적층체(30)가 수용되는 수용공간이 형성되며, 인클로저(10)는 레이어적층체(30)가 수용된 상태에서 재밍 구동을 하기 위하여 탄성중합체와 같이 큰 변형이 손쉬운 재질로 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 인클로저(10)의 내부에는 도 1에 도시된 바와 같이, 전류를 전달하기 위한 전도성 실(13) 등이 구비됨을 알 수 있다.
그리고 레이어적층체(30)는 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 복수의 레이어(20)가 수직방향으로 적층되어 형성되는데 적층되는 레이어(20) 사이마다 인접한 레이어(20)의 단부가 교차하여 적층됨을 알 수 있다.
보다 구체적으로, 레이어적층체(30)는, 수직방향으로 서로 특정간격 이격되게 제1레이어(21)가 배치되는 제1레이어적층체(31)와, 특정간격 각각에 제1레이어(21)의 단부와 교차되도록 제2레이어(22)가 배치되는 적어도 하나의 제2레이어적층체(32)를 포함하여 구성될 수 있다.
즉, 제1레이어적층체(31)는 수직방향으로 서로 특정간격 이격되어 복수의 제1레이어(21)들이 배치되며, 제2레이어적층체(32)는 그 특정간격 사이 각각에 제2레이어(22)의 단부가 교차되며 배치되게 된다. 또한, 이러한 제2레이어적층체(32)의 제2레이어(22) 간의 사이공간 각각에 또 다른 제1레이어(21) 단부가 교차되어 배치된 구조를 갖게 된다.
그리고 제1레이어(21)와 제2레이어(22)의 양단부는 라운드지게 형성됨이 바람직하다.
그리고 제1레이어(21)와 제2레이어(22) 각각의 중앙에는 길이방향으로 슬라이딩 슬롯(26)이 형성된다. 이러한 슬라이딩 슬롯(26)을 관통하는 부도체 핀(51)은 사용자의 동작에 의하여 슬라이딩 슬롯(26) 상을 이동하면서 레이어(20)가 슬라이딩 및 회전이 가능하도록 한다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 수축시 레이어적층체의 평면도를 도시한 것이고, 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 확장시 레이어적층체의 평면도를 도시한 것이다. 또한 도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 회전시 레이어적층체의 평면도를 도시한 것이다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 부도체 핀(51)이 슬라이딩 슬롯(26)을 따라 길이방향으로 이동하면서 레이어적층체(30) 전체가 길이방향으로 수축하는 구동을 수행할 수 있음을 알 수 있다.
또한, 도 3b에 도시된 바와 같이, 부도체 핀(51)이 슬라이딩 슬롯(26)을 길이방향으로 이동하면서 레이어적층체(30) 전체가 길이방향으로 확장하는 구동을 수행할 수 있으며, 도 3c에 도시된 바와 같이, 각각의 레이어적층체(30)가 부도체 핀(51)을 중심으로 서로 회전이 되면서 자유로운 각도로 구동할 수 있어 다자유도 가변이 가능해 짐을 알 수 있다.
도 3d는 본 발명의 실시예에 따른 하나의 특정 레이어에 2개의 레이어가 단부에서 연결된 형태의 레이어의 평면도를 도시한 것이다. 도 3d에 도시된 바와 같이, 레이어(20)가 2개를 병렬로 구성할 수 있음을 알 수 있다. 즉, 제1레이어(21) 단부에 2개의 제2레이어(22)가 연결되고 이러한 2개의 제2레이어(22) 단부 각각에 또 다른 제1레이어(21)가 연결되도록 구성될 수 있다. 이와 같이 되면 레이어(20)가 전체적으로 Y자 형상이 되므로, 웨어러블 로봇의 유사한 관절부위에 적절하게 사용될 수 있다.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따라 정상상태에서, 레이어적층체의 사시도를 도시한 것이다. 그리고 도 4b는 본 발명의 실시예에 따라 정전기력 발생시, 레이어적층체의 사시도를 도시한 것이다. 또한, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 레이어(우측)와, 레이어를 구성하는 유전체층, 전극층, 지지층, 전극층, 유전체층의 평면도를 도시한 것이다.
또한, 제1레이어(21)와 제2레이어(22) 각각은 유전체층(23), 전극층(24), 지지층(25), 전극층(24), 유전체층(23)이 수직방향으로 적층 결합되어 구성된다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 제1레이어적층체(31)의 최상단 제1레이어(21)는 지지층(25), 전극층(24), 유전체층(23)으로 구성되며, 최하단 제1레이어(21)는 유전체층(23), 전극층(24), 지지층(25)으로 구성되며, 나머지 제1레이어(21)와, 제2레이어(22)는 유전체층(23), 전극층(24), 지지층(25), 전극층(24), 유전체층(23)이 수직방향으로 적층 결합되어 구성된다. 또한, 도 4a에서 제1레이어(21)와 제2레이어(22)가 겹쳐지는 부분에 각각에 유전체층(23)이 구비되는 것으로 도시되어 있으나, 어느 하나의 유전체층(23)이 없어도 구동하는데는 지장이 없다.
따라서, 전압이 인가되지 않은 상태에서는 자유롭게 슬라이딩과, 회전이 가능하게 되며, 제1레이어(21)의 전극층(24) 각각에 -, 제2레이어(22)의 전극층(24) 각각에 + 전압을 인가하게 되는 경우 제1레이어(21)의 유전체층(23)은 -로 대전되고, 제2레이어(22)의 유전층(23)은 +로 대전되어, 제1레이어적층체(31)와 제2레이어적층체(32) 간에 정전기력이 발생되어, 인접한 레이어간 전기 정지 마찰력에 의한 높은 저항력을 얻을 수 있게 된다. 즉, 전압을 가하면 정전기력은 바로 발생해서 두 전극층을 잡아당기게 되며, 두 레이어가 상대운동을 하려고 할 때 전기 정지 마찰력이 발생되게 된다.
그리고 유전체층(23)은 높은 전기 정지 마찰력을 얻기 위해 유전율이 매우 높은 유전체로 구성되며, 구체적으로 Poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene-chlorotrifluoroethylene) (P(VDF-TrFE-CTFE) 및 Poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene-chlorofluoroethylene) P(VDF-TrFE-CFE) 중 적어도 어느 하나로 구성될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 레이어(20)를 구성하는 유전체층(23), 전극층(24), 지지층(25) 각각은 가장자리 중앙 일측에 상하단에 적층된 레이어(20)의 전극간 연결통로에 해당하는 연결홀(27)이 형성된다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 제1연결전극과 제2연결전극이 연결된 레이어적층체의 사시도를 도시한 것이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 연결전극은 레이어적층체(30)별 동일한 위치의 연결홀(27)을 통해 서로 연결함으로써 레이어적층체(30)를 구동시 연결된 연결전극과 레이어적층체(30)가 함께 움직일 수 있게 됨을 알 수 있다. 이때, 연결홀(27)의 위치는 레이어(20)의 중심부에 위치시켜 레이어적층체(30)를 수축 또는 확장시킬 때에 서로 간섭이 없도록 구성된다.
보다 구체적으로, 제1레이어(21) 각각은 중심부에 제1레이어(21)들의 상하간의 각 전극층(24)을 전기적으로 연결하기 위한 제1연결전극(41)이 관통될 수 있는 연결홀(27)을 갖고 있으며, 제2레이어(22) 각각은 중심부에 제2레이어(22)들의 상하간의 각 전극층(24)을 전기적으로 연결하기 위한 제2연결전극(42)이 관통될 수 있는 연결홀(27)을 형성하고 있다.
그리고 전압인가부는 제1레이어적층체(31)의 제1연결전극(41)과, 제2레이어적층체(32)의 제2연결전극(42)에 연결되어, 제1연결전극(41)과 제2연결전극(42)에 서로 다른 극의 전압을 인가하여, 제1레이어적층체(31)와 제2레이어적층체(32) 간에 정전기력을 발생시키게 되고, 상대운동을 하려고 할 때, 전기 정지 마찰력이 발생되게 된다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전기 정지 마찰력을 이용한 레이어 재밍 가변 강성 장치의 정단면도를 도시한 것이다. 그리고 도 8은 본 발명의 실시예에 따라, 전압인가부에 연결된 전기 정지 마찰력을 이용한 레이어 재밍 가변 강성 장치의 정단면도를 도시한 것이다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 인클로저(10)의 수용공간 양단 각각에는 레이어 적층체(30)를 고정하기 위한 홀더(14)가 구비되며, 레이어적층체(30)는 수직방향으로 복수로 구비될 수 있음을 알 수 있다.
또한 홀더(14)는 복수의 레이어적층체(30) 간의 사이공간으로 돌출되어 복수의 레이어적층체(30) 간을 고정하는 고정단(15)을 포함하여 구성될 수 있다.
즉, 인클로저(10)의 수용공간 양단부에는 각각 레이어적층체(30)의 단부를 고정하기 위한 홀더(14)가 구비되며, 홀더(14)에는 레이어적층체(30)를 향하여 연장되는 고정단(15)이 구비되어, 홀더(14)의 서로 마주보는 면에서 고정단(15)이 중앙 높이에서 연장되도록 형성(T자형)하여 인클로저(10)의 전체적인 두께를 최소화할 수 있다.
그리고 도 8에 도시된 바와 같이, 제1레이어적층체(31)별로 연결된 제1연결전극(41)은 합류되어 인클로저(10)를 통해 외부 일측으로 노출되고, 제2레이어적층체(32)별로 연결된 제2연결전극(42)은 합류되어 인클로저(10)를 통해 외부 타측으로 노출되어 전압인가부와 연결되게 됨을 알 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 연결부재의 사시도를 도시한 것이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 연결부재(50)는, 교차단부의 최상단에 구비되는 상단 연결레이어(52)와, 교차단부 최하단에 구비되는 하단 연결레이어(53)와, 하단 연결레이어(53)에 구비되어 슬라이딩 슬롯(26)에 관통되는 부도체 핀(51)과, 부도체 핀(51)의 단부가 내부에 삽입되도록 상단 연결레이어(52)에 구비되는 부도체 관(54)과, 상단 연결레이어(52)와 하단 연결레이어(53)를 연결하는 탄성스트링(55)을 포함하여 구성될 수 있음을 알 수 있다.
연결레이어(52,53)는 한 쌍의 상하로 인접한 레이어적층체(30)의 상하면 각각에 구비되고 부도체 핀(51) 내부에 탄성스트링(55)에 의해 연결되게 된다. 탄성 스트링(55)은 탄성의 실 또는 끈 등의 재질로 형성되고, 연결레이어(52,53)에 나란히 형성된 관통홀을 관통하여 한 쌍의 연결레이어(52,53)를 연결할 수 있다.
연결레이어(52,53)가 탄성스트링(55)에 의해 연결되면, 정상 상태에서 전압을 가하여 전기 정지 마찰응력이 발생하더라도 부도체 핀(51)이 부도체 관(54) 내부에 눌러지면서 레이어(20)가 압착하는 것을 방해하지 않기 때문에 전기 정지 마찰력을 이용한 레이어 재밍 가변 강성 장치(100)의 원활한 구동이 가능하게 된다.
또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
10:인클로저
13:전도성 실
20:레이어
21:제1레이어
22:제2레이어
23:유전체층
24:전극층
25:지지층
26:슬라이딩 슬롯
27:연결홀
30:레이어적층체
31:제1레이어적층체
32:제2레이어적층체
41:제1연결전극
42:제2연결전극
50:연결부재
51:부도체 핀
52:상단 연결레이어
53:하단 연결레이어
54:부도체 관
55:탄성 스트링
100:전기 정지 마찰력을 이용한 레이어 재밍 가변 강성 장치

Claims (16)

  1. 레이어 재밍 가변 강성 장치에 있어서,
    복수의 레이어가 수직방향으로 단부가 교차되도록 적층되는 레이어적층체;를 포함하고,
    상기 레이어들은 상대적 슬라이딩과 회전이 가능하도록 서로 결합되며, 각각은 전극층과 유전체층을 포함하여 상대운동하는 상기 레이어들 사이에 전기장을 작용시켜 정전기력을 유발하고, 상기 정전기력은 전기 정지 마찰력을 유발하여 상기 레이어들 사이의 상대운동을 방지하고,
    상기 레이어 적층체는, 수직방향으로 서로 특정간격 이격되게 복수의 제1레이어가 배치되는 적어도 하나의 제1레이어적층체와, 상기 특정간격 각각에 상기 제1레이어의 단부와 교차되도록 제2레이어가 배치되는 적어도 하나의 제2레이어적층체를 포함하며,
    상기 제1레이어와 상기 제2레이어 각각의 중앙에는 길이방향으로 형성된 슬라이딩 슬롯이 구비되고,
    상기 제1레이어 각각은 중심부에 상기 제1레이어들의 상하간의 각 전극층을 전기적으로 연결하기 위한 제1연결전극이 관통될 수 있는 연결홀을 갖고, 상기 제2레이어 각각은 중심부에 상기 제2레이어들의 상하간의 각 전극층을 전기적으로 연결하기 위한 제2연결전극이 관통될 수 있는 연결홀을 갖는 것을 특징으로 하는 전기 정지 마찰력을 이용한 레이어 재밍 가변 강성 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 레이어적층체는 탄성중합체 재질로 구성된 인클로저 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 전기 정지 마찰력을 이용한 레이어 재밍 가변 강성 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제1레이어와 제2레이어 각각은 유전체층, 전극층, 지지층, 전극층이 수직방향으로 적층 결합되어 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 정지 마찰력을 이용한 레이어 재밍 가변 강성 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 유전체층은 Poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene-chlorotrifluoroethylene) (P(VDF-TrFE-CTFE) 및 Poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene-chlorofluoroethylene) P(VDF-TrFE-CFE) 중 적어도 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 정지 마찰력을 이용한 레이어 재밍 가변 강성 장치.
  7. 삭제
  8. 제 1항에 있어서,
    제1레이어적층체의 제1연결전극과, 제2레이어적층체의 제2연결전극에 연결되어, 상기 제1연결전극과 상기 제2연결전극에 서로 다른 극의 전압을 인가하여, 상기 제1레이어적층체와 상기 제2레이어적층체 간에 정전기력에 의한 전기 정지 마찰응력이 발생되도록 하는 전압인가부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 정지 마찰력을 이용한 레이어 재밍 가변 강성 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제1레이어적층체와 상기 제2레이어적층체의 교차단부에서 상기 슬라이딩 슬롯에 관통되어 상기 제1레이어적층체와 상기 제2레이어적층체가 서로 슬라이딩과 회전이 가능하도록 연결하는 연결부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 정지 마찰력을 이용한 레이어 재밍 가변 강성 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 연결부재는, 상기 슬라이딩 슬롯에 관통되는 부도체 핀으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 정지 마찰력을 이용한 레이어 재밍 가변 강성 장치.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 연결부재는, 상기 교차단부의 최상단에 구비되는 상단 연결레이어와, 상기 교차단부 최하단에 구비되는 하단 연결레이어와, 상기 하단 연결레이어에 구비되어 상기 슬라이딩 슬롯에 관통되는 부도체 핀과, 상기 부도체 핀의 단부가 내부에 삽입되도록 상기 상단 연결레이어에 구비되는 부도체 관과, 상기 상단 연결레이어와 상기 하단 연결레이어를 연결하는 탄성스트링을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 정지 마찰력을 이용한 레이어 재밍 가변 강성 장치.
  12. 제 3항에 있어서,
    상기 인클로저의 수용공간 양단 각각에는 상기 레이어 적층체를 고정하기 위한 홀더가 구비되는 것을 특징으로 하는 전기 정지 마찰력을 이용한 레이어 재밍 가변 강성 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 레이어적층체는 수직방향으로 복수로 구비될 수 있으며, 상기 홀더는 복수의 레이어적층체 간의 사이공간으로 돌출되어 상기 복수의 레이어적층체 간을 고정하는 고정단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 정지 마찰력을 이용한 레이어 재밍 가변 강성 장치.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 레이어의 양단부는 라운드지게 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 정지 마찰력을 이용한 레이어 재밍 가변 강성 장치.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 레이어적층체는 어느 하나의 레이어의 단부에서, 2개 이상의 레이어가 병렬 연결되는 것을 특징으로 하는 전기 정지 마찰력을 이용한 레이어 재밍 가변 강성 장치.
  16. 제 1항, 제 3항, 및 제 5항 내지 제 6항, 및 제8항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 레이어 재밍 구동장치가 적용되는 것을 특징으로 하는 웨어러블 로봇.
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