KR102456554B1 - 액츄에이터, 그 구동방법 및 이를 구비한 짐벌장치 - Google Patents

액츄에이터, 그 구동방법 및 이를 구비한 짐벌장치 Download PDF

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Abstract

액츄에이터는 카메라에 고정되고 변형이 가능한 다수의 형상기억합금소자와, 다수의 형상기억합금소자에 변형을 위한 신호를 공급하는 다수의 구동부를 포함한다.
변형을 위한 신호는 제1 구간 동안 형상기억합금소자에 공급되는 제1 신호와 제2 구간 동안 형상기억합금소자에 공급되는 제2 신호를 포함할 수 있다.
구동부 각각은 제1 구간 동안 형상기억합금소자를 예열온도로 예열시키기 위해 제1 신호를 상기 형상기억합금소자에 공급할 수 있다.
아울러, 구동부 각각은 제2 구간 동안 형상기억합금소자를 예열온도보다 높은 변형온도로 증가시켜 형상기억합금소자의 변형을 발생시키기 위해 제2 신호를 형상기억합금소자에 공급할 수 있다.

Description

액츄에이터, 그 구동방법 및 이를 구비한 짐벌장치{Actuator, method of driving the actuator and jimbal device having the same}
실시예는 액츄에이터, 그 구동방법 및 이를 구비한 짐벌장치에 관한 것이다.
짐벌장치는 구조물의 동요에 관계없이 장비가 수평 및 연직으로 놓일 있도록 전후 좌우 방향축에 대하여 회전을 허용하는 회전 허용 지지틀을 일컫는다.
최근에 카메라가 장착된 짐벌장치가 드론(drone), 로봇, 수중 촬용장치 등에 활용되고 있다.
짐벌장치를 구현하기 위해서는 각 축 방향을 중심으로 회전하는 롤(roll), 피치(pitch) 및 요(yaw)를 보정하여 주기 위한 액츄에이터가 필요하다.
종래의 액츄에이터에서는 롤, 피치 및 요를 보정하기 위해 기구적인 축을 이용하였다.
이에 따라, 액츄에이터의 부피가 커지고 무거운 문제가 있다. 또한, 기구적인 축이라 정교한 구동이 어려운 문제도 있다.
실시예는 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
실시예의 다른 목적은 새로운 구조를 갖는 액츄에이터, 그 구동방법 및 이를 구비한 짐벌장치를 제공한다.
실시예의 또 다른 목적은 신속한 구동이 가능한 액츄에이터, 그 구동방법 및 이를 구비한 짐벌장치를 제공한다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 실시예의 일 측면에 따르면, 액츄에이터는, 카메라에 고정되고 변형이 가능한 다수의 형상기억합금소자; 및 상기 다수의 형상기억합금소자에 상기 변형을 위한 신호를 공급하는 다수의 구동부를 포함한다. 상기 변형을 위한 신호는 제1 구간 동안 상기 형상기억합금소자에 공급되는 제1 신호와 제2 구간 동안 상기 형상기억합금소자에 공급되는 제2 신호를 포함할 수 있다. 상기 구동부 각각은, 상기 제1 구간 동안 상기 형상기억합금소자를 예열온도로 예열시키기 위해 상기 제1 신호를 상기 형상기억합금소자에 공급하고, 상기 제2 구간 동안 상기 형상기억합금소자를 상기 예열온도보다 높은 변형온도로 증가시켜 상기 형상기억합금소자의 변형을 발생시키기 위해 상기 제2 신호를 상기 형상기억합금소자에 공급할 수 있다.
실시예의 다른 측면에 따르면, 카메라에 고정되고 변형이 가능한 형상기억합금소자와, 상기 형상기억합금소자에 상기 변형을 위한 신호를 공급하는 구동부를 포함는 액츄에이터의 구동방법은, 제1 구간 동안 상기 형상기억합금소자를 예열온도로 예열시키기 위해 제1 신호를 상기 형상기억합금소자에 공급하는 단계; 및 상기 제2 구간 동안 상기 형상기억합금소자를 상기 예열온도보다 높은 변형온도로 증가시켜 상기 형상기억합금소자의 변형을 발생시키기 위해 제2 신호를 상기 형상기억합금소자에 공급하는 단계를 포함한다.
실시예의 또 다른 측면에 따르면, 짐벌장치는, 카메라; 및 상기 카메라에 연결되는 상기 액츄에이터를 포함한다.
실시예에 따른 액츄에이터, 그 구동방법 및 이를 구비한 짐벌장치의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 형상기억합금소자를 이용하여 카메라의 자세 보정을 할 수 있어, 부피와 무게를 줄일 수 있다는 장점이 있다.
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 형상기억합금소자의 온도 특성을 감안하여 형상기억합금소자의 온도를 미리 변형 온도 근처인 예열온도로 상승시켜 변형온도로 상승시키는 구간을 줄여 SMA소자의 구동에 대한 응답시간을 현저히 단축시킬 수 있다는 장점이 있다.
실시예의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 실시예의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 바람직한 실시예와 같은 특정 실시예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 실시예에 따른 비행장치를 나타낸 사시도이다.
도 2는 실시예에 따른 짐벌장치를 나타낸 블록도이다.
도 3은 실시예에 따른 액츄에이터를 나타낸 회로도이다.
도 4는 실시예에 따른 액츄에이터에서 비동작 구간과 동작 구간에서의 신호를 나타낸 파형도이다.
도 5는 형상기억합금소자와 카메라의 배치 관계를 도시한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 실시예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 실시예에 따른 비행장치를 나타낸 사시도이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 비행장치(1)는 드론일 수 있다. 일 예로, 비행장치(1)는 예컨대, 무선 단말기(미도시)에 의해 제어될 수 있다. 다른 예로, 비행장치(1)는 자율 비행될 수 있다.
비행장치(1)는 본체(10), 원동부(20) 및 짐벌장치(30)를 포함할 수 있다. 비행장치는 비행장치(1)의 비행과 짐벌장치(30)를 제어하는 ECU(ECU, Electric Control Unit, 미도시)을 더 포함할 수 있다. 본체(10)의 내부에는 ECU가 배치될 수 있다.
본체(10)는 외관 부재로, 본체(10)의 일측에는 원동부(20)가 배치될 수 있고, 본체(10)의 타측에는 짐벌장치(30)가 배치될 수 있다.
원동부(20)는 본체(10) 상에 배치되어 비행장치(1)를 비행시키는 부재일 수 있다. 원동부(20)는 본체(10)의 상하 방향 중심축을 기준으로 서로 대칭으로 배치된 복수 개의 프로펠러 유닛일 수 있다. 프로펠러의 회전에 의해 본체(10)는 비행할 수 있다.
짐벌장치(30)는 비행장치(1) 아래에 배치되어 비행장치(1)의 흔들림에 관계없이 짐벌장치(30)에 장착된 카메라가 수평 및 연직으로 놓여지도록 할 수 있다. 이에 따라, 따라서 카메라가 정립 상태로 촬영이 수행될 수 있다.
ECU은 무선 단말기와 무선 통신이 수행될 수 있다. ECU은 비행장치(1)의 각종 전자 부품 및 짐벌장치(30)와 전기적으로 연결될 수 있다. ECU은 무선 단말기와 무선 통신하여, 각종 제어 신호를 수신하고, 이를 각종 전자 부품 및 짐벌장치(30)로 송신하여, 전자 부품 및 짐벌장치(30)를 제어할 수 있다. 일 예로, ECU은 무선 단말기를 통한 사용자의 명령에 의해, 짐벌장치(30)를 제어하여 각 축(y축, y축, z축)을 기준으로 카메라를 회전시킬 수 있다. 그 결과, 사용자가 원하는 지점으로, 카메라의 촬영 범위가 변경될 수 있다.
ECU은 짐벌장치(30)와 전기적으로 연결되어, 각종 신호를 수신하고, 이를 분석하고 판단하여 짐벌장치(30)를 제어할 수 있다. 일 예로, ECU은 비행에 의한 흔들림 발생 시, 구동부를 제어하여 카메라를 흔들림이 발생하는 반대 방향으로 회전시킬 수 있다(흔들림 상쇄). 그 결과, 카메라는 흔들림과 무관하게, 정립 자세를 유지하며 촬영을 수행하여, 촬영 품질을 높일 수 있다.
이하에서 실시예에 따른 짐벌장치(30)을 상세히 설명한다.
도 2는 실시예에 따른 짐벌장치를 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, 실시예에 따른 짐벌장치(30)는 액츄에이터(actuator, 40)와 카메라(70)를 포함할 수 있다.
액츄에이터(40)는 카메라(70)가 비행장치(1)의 흔들림에도 불구하고 항상 정자세가 유지되도로 구동할 수 있다. 카메라(70)는 액츄에이터(40)의 구동에 의해 각 축(y축, y축, z축)을 기준으로 회전될 수 있다.
액츄에이터(40)는 구동부(50) 및 형상기억합금(SMA: shape memory alloy)소자(60)를 포함할 수 있다.
SMA소자(60)는 열에 의해 수축 변형이 발생되는 부재일 수 있다. 예컨대 니켈-티타늄(Ni-Ti) 합금, 구리-아연(Cu-Zn) 합금, 금-카드뮴(Au-Cd) 합금, 인듐-티타늄(In-Ti) 합금 등으로 이루어질 수 있다.
SMA소자(60)의 일측은 카메라(70)에 고정되고 그라운드 접지될 수 있다. 따라서, 구동부(50)로부터의 구동신호가 SMA소자(60)의 타측으로 인가되는 경우, SMA소자(60)가 수축 변형될 수 있다. SMA소자(60)의 타측은 프레임에 고정될 수 있다.
구체적으로, 도 5에 도시한 바와 같이, 프레임(80)이 구비될 수 있다. 이 프레임은 본체(10)의 하측에 고정될 수 있다.
프레임의 일측에 카메라(70)가 장착될 수 있다. 카메라(70)에 의해 획득되는 영상은 x축 방향 상의 피사체일 수 있다. 카메라(70)는 예컨대, 직육면체 형상을 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지는 않는다. 직육면체로서 전면, 후면, 상면, 하면, 제1 측면과 제2 측면이 있다. 카메라(70)의 전면에 렌즈가 배치되어, 전방의 피사체로부터 영상이 촬영될 수 있다.
프레임은 제1 내지 제4 프레임(81 내지 84)을 포함할 수 있다. 제1 프레임(81)은 메인 프레임으로 지칭되고, 제2 내지 제4 프레임(82 내지 84)은 서브 프레임으로 지칭될 수 있다. 한편, 제2 내지 제4 프레임(82 내지 84)이 제1 내지 제3 프레임으로 지칭되고, 제1 프레임이 제4 프레임으로 지칭될 수도 있다.
제2 내지 제4 프레임(82 내지 84)은 제1 프레임(81)의 제1 내지 제3 측으로부터 동일 방향을 향해 연장될 수 있다. 예컨대, 제1 프레임(81)의 장축은 y축을 따라 배치될 수 있다. 이러한 경우, 제2 내지 제4 프레임(82 내지 84) 각각의 장축은 제1 프레임(81)의 제1 내지 제3 측으로부터 x축을 따라 배치될 수 있다. 예컨대, 제2 프레임(82)은 제1 프레임(81)의 중심으로부터 x축을 따라 배치되고, 제3 프레임(83)은 제1 프레임(81)의 제1 가장자리로부터 x축을 따라 배치되며, 제4 프레임(84)은 제1 프레임(81)의 제2 가장자리로부터 x축을 따라 배치될 수 있다. 제1 가장자리와 제2 가장자리는 제1 프레임(81)의 양 끝단일 수 있다.
제3 프레임(83)과 제4 프레임(84) 사이에 위치된 제1 프레임(81)의 끝단에 카메라(70)의 후면이 장착될 수 있다. 제1 프레임(81)의 끝단을 기준으로 카메라(70)는 각 축을 기준으로 회전이 가능하도록 구성될 수 있다. 제2 프레임(82)의 길이는 제3 및 제4 프레임(83, 84) 각각의 길이보다 짧을 수 있다. 이러한 경우, 카메라(70)의 제1 및 제2 측면에 제3 및 제4 프레임(83, 84) 각각의 끝단이 대향될 수 잇다.
제1 내지 제4 프레임(81 내지 84)은 서로 일체로 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 제 1 내지 제4 프레임(81 내지 84)은 예컨대 스테인레스스틸(stainless steel)일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
이와 같은 프레임과 카메라(70)의 구조에서, 제1 내지 제6 SMA소자(61a, 61b, 63a 63b, 65a, 65b)가 구비될 수 있다.
제1 및 제2 SMA소자(61a, 61b)가 하나의 쌍으로 구성되어, 카메라(70)가 x축을 기준으로 회전될 수 있다(롤 제어).
예컨대, 제1 SMA소자(61a)의 일측은 카메라(70)의 상면의 제1 측에 고정되고, 제1 SMA소자(61a)의 타측은 제3 프레임(83)의 일측에 고정될 수 있다. 예컨대, 제2 SMA소자(61b)의 일측은 카메라(70)의 상면의 제2 측에 고정되고, 제2 SMA소자(61b)의 타측은 제4 프레임(84)의 일측에 고정될 수 있다. 따라서, 제1 SMA소자(61a)가 수축 변형되는 경우, x축을 기준으로 시계방향으로 회전되고, 2 SMA소자(61b)가 수축 변형되는 경우, x축을 기준으로 반시계방향으로 회전될 수 있다.
이와 달리, 제1 SMA소자(61a)의 일측 및 제2 SMA소자(61b)의 일측은 카메라(70)의 하면의 일측 및 타측에 고정될 수도 있다.
제3 및 제4 SMA소자(63a, 63b)가 하나의 쌍으로 구성되어, 카메라(70)가 y축을 기준으로 회전될 수 있다(피치 제어).
예컨대, 제3 SMA소자(63a)의 일측은 카메라(70)의 상면의 제3 측에 고정되고, 제3 SMA소자(63a)의 타측은 제2 프레임(82)의 제1 측에 고정될 수 있다. 예컨대, 제4 SMA소자(63b)의 일측은 카메라(70)의 하면의 일측에 고정되고, 제4 SMA소자(63b)의 타측은 제2 프레임(82)의 제2 측에 고정될 수 있다. 제3 SMA소자(63a)의 타측과 제4 SMA소자(63b)의 타측은 제2 프레임(82)을 기준으로 서로 대향되도록 배치될 수 있다. 따라서, 제3 SMA소자(63a)가 수축 변형되는 경우, y축을 기준으로 반시계방향으로 회전되고, 제4 SMA소자(63b)가 수축 변형되는 경우, y축을 기준으로 시계방향으로 회전될 수 있다.
제5 및 제6 SMA소자(65a, 65b)가 하나의 쌍으로 구성되어, 카메라(70)가 z축을 기준으로 회전될 수 있다(요 제어).
예컨대, 제5 SMA소자(65a)의 일측은 카메라(70)의 제1 측면의 일측에 고정되고, 제5 SMA소자(65a)의 타측은 제2 프레임(82)의 제3 측에 고정될 수 있다. 제6 SMA소자(65b)의 일측은 카메라(70)의 제2 측면의 일측에 고정되고, 제6 SMA소자(65b)의 타측은 제2 프레임(82)의 제4 측에 고정될 수 있다. 이에 따라, 제5 SMA소자(65a)가 수축 변형되는 경우, z축을 기준으로 반시계방향으로 회전되고, 제6 SMA소자(65b)가 수축 변형되는 경우, z축을 기준으로 시계방향으로 회전될 수 있다.
축의 보는 관점에 따라 위에 서술된 시계방향은 반시계방향이 될 수 있고 반시계방향은 시계방향이 될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 구동부(50)는 SMA소자(60)를 수축 변형시키기 위한 구동전압(도 3의 V_o)을 공급할 수 있다.
SMA소자(60)는 구동전압에 의해 수축 변형될 수 있다. 그러나 SMA소자(60)가 수축 변형을 일으키기 위해서는 임계온도 이상이 되어야 한다. SMA소자(60)에 따라 임계온도는 상이하지만, 예컨대 SMA소자(60)는 43℃ 내지 45℃일 수 있다. 임계온도는 SMA소자(60)를 수축 변형시키기 위한 온도로서, 변형온도로 지칭될 수도 있다.
SMA소자(60)가 평상시, 즉 구동전압이 인가되지 않을 때에는 상온으로 유지된다. 따라서, SMA소자(60)가 수축 변형되기 위해서는 SMA의 온도가 상온에서 임계온도로 증가되어야 한다. 구동전압이 SMA소자(60)에 공급되더라도, SMA소자(60)의 온도가 임계온도로 급격하게 증가되지 않는다.
따라서, SMA소자(60)가 짐벌장치(30)에 채택되더라도, 카메라(70)의 구동을 위한 응답시간이 오래 걸릴 수 있다.
실시예는 SMA소자(60)에 예열전압(V_p)과 구동전압이 서로 상이한 구간에 공급될 수 있다. 구동전압은 예열전압(V_p)과 동일하거나 더 클 수 있다. 여기서, SMA소자(60)는 도 5에 도시된 제1 내지 제6 SMA소자(61a, 61b, 63a 63b, 65a, 65b) 중 하나일 있다. 따라서, 이들 제1 내지 제6 SMA소자(61a, 61b, 63a 63b, 65a, 65b) 중 하나에 구동전압이 공급되는 경우 구동전압이 공급되는 SMA소자가 수축 변형되어, 카메라(70)가 특정 축을 중심으로 시계방향 또는 반시계방향으로 회전될 수 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 비동작 구간 동안 예열전압(V_p)이 SMA소자(60)로 공급될 수 있다. 동작 구간 동안 구동전압(V_o)이 SMA소자(60)로 공급될 수 있다.
비동작 구간 내에서 SMA소자(60)의 온도는 상온보다 높고 변형온도보다 낮을 수 있다 즉, 비동작 구간 내에서 SMA소자(60)의 온도는 상온과 변형온도 사이의 예열온도로 유지될 수 있다. 구체적으로, 예열온도는 변형온도의 65%내지 90%일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 예컨대, 변형온도가 43℃ 내지 45℃인 경우, 예열온도는 27.95℃ 내지 40.5℃일 수 있다. 따라서, 예열온도가 상온보다는 높고 변형온도보다는 낮게 유지될 수 있다.
동작 구간은 비동작 구간보다 짧을 수 있다. SMA소자(60)의 동작은 평상시에 항상 예열전압(V_p)이 인가될 수 있다. 이러한 예열전압(V_p)에 의해 SMA소자(60)는 예열온도로 유지될 수 있다. SMA소자(60)가 예열온도로 유지되도록 하기 위해, 예열전압(V_p)이 펄스 형태로 인가될 수도 있다. 즉, SMA소자(60)의 온도가 센싱하여 SMA소자(60)의 온도를 바탕으로 SMA소자(60)의 온도가 예열온도가 되돌고 예열전압(V_p)이 펄스 형태로 공급될 수 있다. 예컨대, SMA소자(60)의 온도가 예열온도 이하인 경우, 지속적으로 예열전압(V_p)이 SMA소자(60)로 공급될 있다. 예컨대, SMA소자(60)의 온도가 예열온도를 초과하는 경우, SMA소자(60)로 공급되는 예열전압(V_p)을 일시적으로 차단한다. 이러한 예열전압(V_p)의 차단에 차단에 의해 SMA소자(60)의 온도가 예열온도보다 낮아지는 경우, 다시 예열전압(V_p)이 SMA소자(60)로 공급될 수 있다. 이와 같이 지속적으로 예열전압(V_p)이 펄스 형태로 공급됨으로써, SMA소자(60)가 예열온도로 항상 유지될 수 있다.
SMA소자(60)가 평상시에는 상온보다 높은 예열온도로 유지되다가 동작 구간의 시작점에서 인가되는 구동전압(V_o)에 의해 예열온도에서 변형온도로 증가되어 변형온도에서 SMA소자(60)가 수축 변형될 수 있다.
기존에는 SMA소자(60)에 상온으로 유지되다가 구동전압(V_o)에 의해 변형온도로 증가되어야 하므로, SMA소자(60)의 구동에 많은 시간이 소요되었다.
하지만, 실시예에서는 평상시에 SMA소자(60)로 인가되는 예열전압(V_p)에 의해 상온보다 높은 예열온도로 유지되다가, SMA소자(60)의 구동을 위해 구동전압(V_o)이 인가되는 경우 SMA소자(60)의 예열온도가 신속히 변형온도로 증가되어 SMA소자(60)가 수축 변형될 수 있다. 따라서, 실시예에 의한 구동 방식에 의해 SMA소자(60)의 구동에 대한 응답시간을 현저히 단축시킬 수 있다.
이하, 도 3 및 도 4를 참조하여, 액츄에이터(40)의 동작을 설명한다.
도 3은 실시예에 따른 액츄에이터를 나타낸 회로도이고, 도 4는 실시예에 따른 액츄에이터에서 비동작 구간과 동작 구간에서의 신호를 나타낸 파형도이다.
도 3에 도시된 구동부(50)에 의해 하나의 SMA소자(60)가 구동될 수 있다. 따라서, 도5에 도시된 제1 내지 제6 SMA소자(61a, 61b, 63a 63b, 65a, 65b)를 구동하기 위해서는 도 3에 도시된 구동부(50)가 6개 필요할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 실시예에 따른 액츄에이터(40)는 구동부(50)와 SMA소자(60)를 포함할 수 있다. 구동부(50)가 SMA소자(60)의 일측에 전기적으로 연결될 수 있다. SMA소자(60)의 타측은 그라운드 접지될 수 있다.
구동부(50)는 제1 스위칭소자(S1), 제2 스위칭소자(S2) 및 스위칭제어부(52)를 포함할 수 있다.
제1 스위칭소자(S1)와 제2 스위칭소자(S2)는 트랜지스터를 포함할 수 있다. 트랜지스터로서 MOSFET(metal?oxide?semiconductor field-effect transistor)이 사용될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
제1 스위칭소자(S1)는 스위칭제어부(52)에 연결되는 입력단자와 SMA소자(60)의 일측에 연결되는 출력단자를 포함할 수 있다. 스위칭제어부(52)의 제1 출력신호가 제1 스위칭소자(S1)의 입력단자로 입력되는 경우, 제1 스위칭소자(S1)는 스위칭되어 제1 스위칭소자(S1)의 출력단자를 통해 예열전압(V_p)을 출력할 수 있다.
제2 스위칭소자(S2)는 스위칭제어부(52)에 연결되는 입력단자와 SMA소자(60)의 일측에 연결되는 출력단자를 포함할 수 있다. 스위칭제어부(52)의 제2 출력신호가 제2 스위칭소자(S2)의 입력단자로 입력되는 경우, 제2 스위칭소자(S2)는 스위칭되어 제2 스위칭소자(S2)의 출력단자를 통해 예열전압(V_p)을 출력할 수 있다.
스위칭제어부(52)는 제1 스위칭소자(S1)와 제2 스위칭소자(S2)가 선택적으로 스위칭되도록 제어할 수 있다. 여기서, 스위칭이라 함은 제1 스위칭소자(S1) 또는 제2 스위칭소자(S2)가 턴온됨을 의미할 수 있다. 예컨대, 제1 스위칭소자(S1)가 스위칭되는 경우, 예열전압(V_p)이 제1 스위칭소자(S1)를 경유하여 SMA소자(60)로 공급될 수 있다. 예컨대, 제2 스위칭소자(S2)가 스위칭되는 경우, 구동전압(V_o)이 제2 스위칭소자(S2)를 경유하여 SMA소자(60)로 공급될 수 있다.
스위칭제어부(52)는 제3 스위칭소자(S3), 제4 스위칭소자(S4) 및 인버터(54)를 포함할 수 있다.
제3 스위칭소자(S3) 및 제4 스위칭소자(S4)는 트랜지스터를 포함할 수 있다. 트랜지스터로는 BJT(bipolar junction transistor)가 사용될 수 있다.
제3 스위칭소자(S3)는 인버터(54)에 연결되는 입력단자와 제1 스위칭소자(S1)에 연결되는 출력단자를 포함할 수 있다. 인버터(54)의 출력신호가 제3 스위칭소자(S3)의 입력단자로 입력되는 경우, 제3 스위칭소자(S3)가 스위칭되어 제3 스위칭소자(S3)의 출력단자로 제1 출력신호가 출력되어 제1 스위칭소자(S1)의 입력단자로 공급될 수 있다. 제1 스위칭소자(S1)는 제3 스위칭소자(S3)로부터 입력되는 제1 출력신호에 의해 스위칭될 수 있다.
제4 스위칭소자(S4)는 이네이블신호(EN)가 입력되는 입력단자와 제2 스위칭소자(S2)에 연결되는 출력단자를 포함할 수 있다. 이네이블신호(EN)가 특정 레벨, 예컨대 하이레벨을 가질 때, 하이레벨의 이네이블신호(EN)가 제4 스위칭소자(S4)의 입력단자로 입력되고 이러한 입력단자에 의해 제4 스위칭소자(S4)가 스위칭될 수 있다. 이에 따라, 제4 스위칭소자(S4)의 출력단자로 제2 출력신호가 출력되어 제2 스위칭소자(S2)의 입력단자로 공급될 수 있다. 제2 스위칭소자(S2)는 제4 스위칭소자(S4)로부터 입력되는 제2 출력신호에 의해 스위칭될 수 있다.
인버터(54)는 이네이블신호(EN)가 입력되는 입력단자와 제3 스위칭소자(S3)의 입력단자에 연결되는
출력단자를 포함할 수 있다. 인버터(54)는 이네이블신호(EN)를 반전시키는 소자로서, 예컨대 NOT게이트소자를 포함할 수 있다. 예컨대, 이네이블신호(EN)가 하이레벨인 경우, 인버터(54)는 로로레벨의 이네이블신호(EN)를 출력신호로 출력할 수 있다. 예컨대, 이네이블신호(EN)가 로우레벨인 경우, 인버터(54)는 하이레벨의 이네이블신호(EN)를 출력신호로 출력할 수 있다.
제3 스위칭소자(S3)와 제4 스위칭소자(S4)는 각각 하이레벨의 신호에 의해 스위칭될 수 있다.
제3 스위칭소자(S3)는 인버터(54)로부터 출력되는 출력신호가 하이레벨을 가질 때, 즉 이네이블신호(EN)가 로우레벨을 가질 때 스위칭될 수 있다. 제3 스위칭소자(S3)가 스위칭될 때 제3 스위칭소자(S3)는 제1 스위칭소자(S1)를 스위칭시킬 제1 출력신호를 출력시킬 수 있다. 인버터(54)로부터 로우레벨의 출력신호가 입력되는 경우, 제3 스위칭소자(S3)는 스위칭되지 않는다. 즉 제3 스위칭소자(S3)는 턴오프된다. 따라서, 제3 스위칭소자(S3)로부터 어떠한 출력신호도 출력되지 않는다. 이에 따라, 제1 스위칭소자(S1)는 스위칭되지 않아 예열전압(V_p)이 SMA소자(60)로 공급되지 않을 수 있다.
제4 스위칭소자(S4)는 이네이블신호(EN)가 하이레벨을 가질 때 스위칭될 수 있다. 제4 스위칭소자(S4)가 스위칭될 때 제4 스위칭소자(S4)는 제2 스위칭소자(S2)를 스위칭시킬 제2 출력신호를 출력시킬 수 있다. 로우레벨의 이네이블신호(EN)가 입력되는 경우, 제4 스위칭소자(S4)는 스위칭되지 않는다. 즉 제4 스위칭소자(S4)는 턴오프된다. 따라서, 제4 스위칭소자(S4)로부터 어떠한 출력신호도 출력되지 않는다. 이에 따라, 제2 스위칭소자(S2)는 스위칭되지 않아 구동전압(V_o)이 SMA소자(60)로 공급되지 않을 수 있다.
이상과 같이 구성되는 구동부(50)에 의해 SMA소자(60)를 구동시키는 동작 방법을 설명한다.
도 4에 도시한 바와 같이, SMA소자(60)를 구동하기 위한 구간인 동작 구간을 제외한 나머지 구간은 비동작 구간으로 정의될 수 있다.
여기서, 비동작 구간은 제1 구간으로 지칭되고, 동작 구간은 제2 구간으로 지칭될 수 있다.
비동작 구간 동안 로우레벨의 이네이블신호(EN)가 제어부에서 공급될 수 있다. 이네이블신호(EN)는 제어신호로 지칭될 수도 있다. 제어부는 ECU에 포함되거나 구동부(50)에 포함될 수 있다.
제어부는 몸체의 뒤틀림을 감지하여 카메라(70)의 자세 보정을 수행할지를 판단할 수 있다. 판단 결과, 몸체의 뒤틀림이 없거나 뒤틀림이 임계치 이하로서 카메라(70)의 자세 보정이 필요하지 않은 경우, 예컨대 로우레벨의 이네이블신호(EN)를 생성하여 스위칭제어부(52)로 공급할 수 있다. 판단 결과, 몸체의 뒤틀림이 임계치 이상으로서 카메라(70)의 자세 보저이 필요한 경우, 예컨대 하이레벨의 이네이블신호(EN)를 생성하여 스위칭제어부(52)로 공급할 수 있다.
이에 따라, 제어부로부터 로우레벨의 이네이블신호(EN)가 공급되는 구간은 비동작 구간으로 정의되고, 제어부로부터 하이레벨의 이네이블신호(EN)가 공급되는 구간은 동작 구간으로 정의될 수 있다.
비동작 구간 동안 로우레벨의 이네이블신호(EN)가 스위칭제어부(52)로 공급될 수 있다. 로우레벨의 이네이블신호(EN)는 인버터(54)와 제4 스위칭소자(S4)로 입력될 수 있다. 인버터(54)는 로우레벨의 이네이블신호(EN)를 하이레벨의 이네이블신호(EN)로 반전시켜 제3 스위칭소자(S3)로 공급할 수 있다. 제3 스위칭소자(S3)는 인버터(54)로부터 입력되는 하이레벨의 이네이블신호(EN)에 의해 턴온되고, 제4 스위칭소자(S4)는 제어부로부터 입력되는 로우레벨의 이네이블신호(EN)에 의해 턴오프될 수 있다. 제3 스위칭소자(S3)는 제1 출력신호를 제1 스위칭소자(S1)로 공급하고, 제4 스위칭소자(S4)는 제2 스위칭소자(S2)로 어떠한 출력신호도 공급하지 않는다. 제1 스위칭소자(S1)는 제1 출력신호에 의해 턴온되고, 제2 스위칭소자(S2)는 턴오프될 수 있다. 이에 따라, 예비전압이 제1 스위칭소자(S1)를 경유하여 SMA소자(60)로 공급될 수 있다. SMA소자(60)는 제1 스위칭소자(S1)로부터 입력되는 예열전압(V_p)에 의해 상온에서 예열온도로 증가될 수 있다. 비동작 구간 내에서 SMA소자(60)의 온도는 예열온도로 항상 유지될 수 있다.
동작 구간 동안 하이레벨의 이네이블신호(EN)가 스위칭제어부(52)로 공급될 수 있다. 하이레벨의 이네이블신호(EN)는 인버터(54)와 제4 스위칭소자(S4)로 입력될 수 있다. 인버터(54)는 하이레벨의 이네이블신호(EN)를 로우레벨의 이네이블신호(EN)로 반전시켜 제3 스위칭소자(S3)로 공급할 수 있다. 제3 스위칭소자(S3)는 인버터(54)로부터 입력되는 로우레벨의 이네이블신호(EN)에 의해 턴오프되고, 제4 스위칭소자(S4)는 제어부로부터 입력되는 하이레벨의 이네이블신호(EN)에 의해 턴온될 수 있다. 제3 스위칭소자(S3)는 제1 출력신호로 어떠한 출력신호도 공급하지 않고, 제4 스위칭소자(S4)는 제2 출력신호를 제2 스위칭소자(S2)로 공급할 수 있다. 제1 스위칭소자(S1)는 턴오프되고, 제2 스위칭소자(S2)는 제2 출력신호에 의해 턴온될 수 있다. 이에 따라, 구동전압(V_o)이 제2 스위칭소자(S2)를 경유하여 SMA소자(60)로 공급될 수 있다. SMA소자(60)는 제2 스위칭소자(S2)로부터 입력되는 구동전압(V_o)에 의해 예열온도에서 변형온도로 증가되어 SMA소자(60)의 수축 변형이 발생될 수 있다.
이상의 설명과 달리, 제3 및 제4 스위칭소자(S3, S4)가 로우레벨의 신호에 의해 턴온되는 경우, 제어부는 비동작 구간 동안 하이레벨의 이네이블신호(EN)를 생성하고 동작 구간 동안 로우레벨의 이네이블신호(EN)를 생성할 수 있다.
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 실시예의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 실시예의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 실시예의 범위에 포함된다.
1: 비행장치
10: 본체
20: 원동부
30: 짐벌장치
40: 액츄에이터
50: 구동부
52: 스위칭제어부
54: 인버터
60, 61a, 61b, 63a, 63b, 65a, 65b: 형상기억합금소자
70: 카메라
80, 81, 82, 83, 84: 프레임
V_p: 예열전압
V_o: 구동전압
EN: 이네이블신호
S1, S2, S3, S4: 스위칭소자

Claims (17)

  1. 카메라에 고정되고 변형이 가능한 다수의 형상기억합금소자; 및
    상기 다수의 형상기억합금소자에 상기 변형을 위한 신호를 공급하는 다수의 구동부를 포함하고,
    상기 변형을 위한 신호는 제1 구간 동안 상기 형상기억합금소자에 공급되는 제1 신호와 제2 구간 동안 상기 형상기억합금소자에 공급되는 제2 신호를 포함하며,
    상기 구동부 각각은,
    상기 제1 구간 동안 상기 형상기억합금소자를 예열온도로 예열시키기 위해 상기 제1 신호를 상기 형상기억합금소자에 공급하고,
    상기 제2 구간 동안 상기 형상기억합금소자를 상기 예열온도보다 높은 변형온도로 증가시켜 상기 형상기억합금소자의 변형을 발생시키기 위해 상기 제2 신호를 상기 형상기억합금소자에 공급하고,
    상기 구동부 각각은,
    상기 형상기억합금소자에 연결되고, 상기 제1 신호의 공급을 스위칭하는 제1 스위칭소자;
    상기 형상기억합금소자에 연결되고, 상기 제2 신호의 공급을 스위칭하는 제2 스위칭소자; 및
    상기 제1 및 제2 스위칭소자에 연결되어 상기 제1 및 제2 스위칭소자가 선택적으로 스위칭되도록 제어하는 스위칭제어부를 포함하는 액츄에이터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 신호는 상기 제1 신호의 레벨과 같거나 큰 레벨을 갖는 액츄에이터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 구간은 상기 제1 구간보다 짧은 액츄에이터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 구간에서 상기 형상기억합금소자는 상온에서 예열온도로 상승되는 액츄에이터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 예열온도는 상기 변형온도의 65%내지 90%인 액츄에이터.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭제어부는,
    상기 제1 스위칭소자에 연결되어 상기 제1 스위칭소자를 스위칭제어하는 제3 스위칭소자;
    상기 제2 스위칭소자에 연결되어 상기 제2 스위칭소자를 스위칭제어하는 제4 스위칭소자; 및
    상기 3 및 제4 스위칭소자 중 하나에 연결되고 제어신호를 반전시키는 인버터를 포함하는 액츄에이터.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 인버터는 NOT 게이트를 포함하는 액츄에이터.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1 구간 동안 상기 제3 스위칭소자가 턴온되어 제1 출력신호가 출력되고, 상기 제1 출력신호에 의해 상기 제1 스위칭소자가 턴온되어 상기 제1 신호가 상기 형상기억합금소자에 공급되는 액츄에이터.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제2 구간 동안 상기 제4 스위칭소자가 턴온되어 제2 출력신호가 출력되고, 상기 제2 출력신호에 의해 상기 제2 스위칭소자가 턴온되어 상기 제2 신호가 상기 형상기억합금소자에 공급되는 액츄에이터.
  11. 카메라에 고정되고 변형이 가능한 다수의 형상기억합금소자; 및
    상기 다수의 형상기억합금소자에 상기 변형을 위한 신호를 공급하는 다수의 구동부를 포함하고,
    상기 변형을 위한 신호는 제1 구간 동안 상기 형상기억합금소자에 공급되는 제1 신호와 제2 구간 동안 상기 형상기억합금소자에 공급되는 제2 신호를 포함하며,
    상기 구동부 각각은,
    상기 제1 구간 동안 상기 형상기억합금소자를 예열온도로 예열시키기 위해 상기 제1 신호를 상기 형상기억합금소자에 공급하고,
    상기 제2 구간 동안 상기 형상기억합금소자를 상기 예열온도보다 높은 변형온도로 증가시켜 상기 형상기억합금소자의 변형을 발생시키기 위해 상기 제2 신호를 상기 형상기억합금소자에 공급하고,
    상기 형상기억합금소자는 서로 대향하는 쌍을 구성하는 제1 내지 제6 형상기억합금소자를 포함하고,
    일 방향을 따라 배치되는 제2 내지 제4 프레임을 포함하고,
    상기 제2 프레임은 상기 제3 프레임과 상기 제4 프레임 사이에 배치되며,
    상기 카메라는 상기 제2 프레임의 끝단에 고정되며,
    상기 제1 내지 제6 형상기억합금소자 각각의 일측은 상기 카메라에 고정되는 액츄에이터.
  12. 제11항에 있어서,
    제1 쌍을 구성하는 상기 제1 및 제2 형상기억합금소자 각각의 타측은 상기 제3 및 제4 프레임 각각의 일측에 고정되고,
    제2 쌍을 구성하는 상기 제3 및 제4 형상기억합금소자 각각의 타측은 상기 제2 프레임의 제1 및 제2 측에 고정되며,
    제3 쌍을 구성하는 상기 제5 및 제6 형상기억합금소자 각각의 타측은 상기 제2 프레임의 제3 및 제4 측에 고정되는 액츄에이터.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 구동부는 상기 제1 내지 제6 형상기억합금소자를 구동하기 위한 제1 내지 제6 구동부를 포함하는 액츄에이터.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 형상기억합금소자 중 하나의 형상기억합금소자의 변형에 의해 롤 제어가 이루어지고,
    상기 제3 및 제4 형상기억합금소자 중 하나의 형상기억합금소자의 변형에 의해 피치 제어가 이루어지며,
    상기 제5 및 제6 형상기억합금소자 중 하나의 형상기억합금소자의 변형에 의해 요 제어가 이루어지는 액츄에이터.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 카메라; 및
    상기 카메라에 연결되는 제1 내지 제5항 및 제7항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 의한 액츄에티터를 포함하는 짐벌장치.
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