KR102568155B1 - Flexible actuator including air cooling device, wearable robot and massage device including the same - Google Patents

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KR102568155B1 KR1020210039742A KR20210039742A KR102568155B1 KR 102568155 B1 KR102568155 B1 KR 102568155B1 KR 1020210039742 A KR1020210039742 A KR 1020210039742A KR 20210039742 A KR20210039742 A KR 20210039742A KR 102568155 B1 KR102568155 B1 KR 102568155B1
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Abstract

본 발명에 의한 유연구동기의 제어 방법은, 온도 변화에 따라 수축 상태와 이완 상태 사이에서 변경 가능하도록 구성된 열반응 부재; 상기 열반응 부재를 냉각시키기 위한 공기를 제공하도록 구성된 냉각부; 및 상기 열반응 부재와 냉각부를 제어하도록 구성된 제어부를 포함하는 유연구동기의 제어방법으로서, 상기 냉각부의 공기 흐름방향은 상기 열반응 부재의 배열방향에 직교하는 것을 특징으로 한다. A method for controlling a flexible motor according to the present invention includes a thermal response member configured to change between a contraction state and a relaxation state according to temperature change; a cooling unit configured to provide air for cooling the thermally responsive member; and a control unit configured to control the thermal response member and the cooling unit, wherein an air flow direction of the cooling unit is orthogonal to an arrangement direction of the thermal response member.

Description

공기냉각장치를 포함하는 유연구동기, 이를 포함하는 웨어러블 로봇 및 마사지 장치{Flexible actuator including air cooling device, wearable robot and massage device including the same}Flexible actuator including air cooling device, wearable robot and massage device including the same {Flexible actuator including air cooling device, wearable robot and massage device including the same}

본 발명은 공기냉각장치가 구비된 유연구동기, 이를 포함하는 웨어러블 로봇 및 마사지 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이완 응답성 향상을 위한 공기냉각장치를 포함하는 옷감형 유연구동기, 이를 포함하는 웨어러블 로봇 및 마사지 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a fluid actuator equipped with an air cooling device, a wearable robot and a massage device including the same, and more particularly, to a cloth-type fluid actuator including an air cooling device for improving relaxation responsiveness, and a wearable robot including the same and a massage device.

일반적으로, 산업 현장의 근로자, 하역근로자, 택배근로자 등은 무거운 중량의 물체를 반복적으로 들고 이동하는 동작을 수행하는 경우가 많다.In general, industrial workers, unloading workers, courier workers, etc. often carry out an operation of repeatedly lifting and moving a heavy object.

이러한 작업은 여러 사람의 인력이 요구되거나 현장 상황에 따라 중장비나 기중기, 도르래 등의 보조장비가 사용되어야 하는 불편이 있다. 또한, 사람이 직접 작업할 경우에는 높은 작업 강도로 인해 근로자의 피로 증가와 작업능률의 저하는 물론이고, 근골격계 손상 등의 산업재해와 관련 직종의 기피 현상에 대한 문제가 있으며, 보조장비를 사용할 경우에는 비교적 넓은 이동공간이나 설치공간이 필요하므로, 사용범위가 제한적인 문제가 있다.This work requires a number of manpower, or it is inconvenient to use auxiliary equipment such as heavy equipment, cranes, pulleys, and the like according to field conditions. In addition, when a person works directly, there is a problem of avoidance of related occupations and industrial accidents such as musculoskeletal damage, as well as increased fatigue and reduced work efficiency due to high work intensity, and when using auxiliary equipment Since it requires a relatively large moving space or installation space, there is a problem in that the range of use is limited.

이러한 문제로 인해 반복적인 하중을 들고 일어서는 동작이나 무거운 하중을 버티는 동작을 완화시키기 위한 착용형 근력보조장치의 필요성이 대두되고 있다.Due to these problems, the need for a wearable muscle strength assisting device to relieve the operation of standing up with a repetitive load or the operation of enduring a heavy load has emerged.

최근 개발되고 있는 근력보조장치는 모터와 프레임 등을 이용하여 팔이나 다리의 측면에 부착하여 구동되는 방식이 대부분이다. Most of the recently developed muscle power assist devices are driven by attaching them to the side of an arm or leg using a motor and a frame.

이러한 방식의 근력보조장치는 프레임이나, 각종 프레임의 구동을 위한 모터 등으로 구성되어 무게가 무겁고 딱딱하여 자연스러운 움직임을 방해할 뿐만 아니라, 착용이 불편한 문제점이 있다.This type of muscle assist device is composed of a frame or a motor for driving various frames, and is heavy and hard, which hinders natural movement and is uncomfortable to wear.

따라서, 무게가 가볍고, 인체 근육과 유사한 위치에 부착되어 신체의 움직임을 방해하지 않을 뿐만 아니라 다양한 동작의 응답성을 향상시킬 수 있는 웨어러블 로봇(근력 증강용 의복)의 개발이 요구된다. Therefore, it is required to develop a wearable robot (clothing for strengthening muscle strength) that is light in weight, attached to a position similar to human body muscle, does not interfere with body movement, and can improve responsiveness of various motions.

이러한 요구에 응답하여 형상기억합금 스프링을 이용한 옷감형 유연구동기 및 이를 이용한 근력보조장치가 제안되어 관련 기술들이 연구되고 있다. 다만, 형상기억합금 스프링은 온도 제어 시 자연 냉각에 의존하여 냉각 속도가 느리므로, 이러한 타입의 웨어러블 로봇 또는 근력 보조 장치의 대부분은 이완 속도가 느리다는 문제가 있으며, 이러한 문제점을 해결하기 위한 공기냉각구조가 여러 특허문헌들에 개시되어 있다. In response to these demands, a cloth-type flexible movement motivator using a shape memory alloy spring and a muscle strength assisting device using the same have been proposed and related technologies are being studied. However, since shape memory alloy springs depend on natural cooling during temperature control and have a slow cooling rate, most of these types of wearable robots or muscle power assist devices have a problem of slow relaxation, and air cooling to solve this problem The structure is disclosed in several patent documents.

그러나, 동 문헌들에 개시된 공기냉각구조는 냉각목적의 공기가 스프링의 길이방향을 따라 유동하도록 구성되어 있으며, 이 경우 길이방향을 따라 흘러가는 공기가 스프링으로부터의 열을 흡수하여 점진적으로 온도가 상승하게 되어 결국 유동 하류에 위치하는 스프링 부분들에 대한 냉각효율이 저하되는 문제가 발생하였다. However, the air cooling structure disclosed in these documents is configured so that the air for cooling purposes flows along the longitudinal direction of the spring. In this case, the air flowing along the longitudinal direction absorbs heat from the spring and gradually rises in temperature. As a result, a problem occurred in which the cooling efficiency of the spring parts located downstream of the flow was lowered.

본 발명은 전술한 문제 및 이와 연관된 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.The present invention aims to solve the above problems and other problems related thereto.

본 발명의 일 예시적 목적은, 인체 근육과 유사한 위치에 부착되어 신체의 움직임을 방해하지 않을 뿐만 아니라 다양한 동작, 특히 이완 동작의 응답성을 향상시킬 수 있는 개선된 냉각구조를 구비한 옷감형 유연구동기 및 이를 포함하는 웨어러블 로봇 및 마사지 장치를 제공하는 것이다.An exemplary object of the present invention is a cloth-type flexible fabric having an improved cooling structure that is attached to a position similar to the human muscle so as not to interfere with the movement of the body and to improve the responsiveness of various actions, particularly relaxation actions. It is to provide an actuator and a wearable robot and massage device including the same.

본 명세서에 개시된 기술의 기술적 사상에 따른 옷감형 유연구동기 및 이를 포함하는 웨어러블 로봇 및 마사지 장치가 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제는 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical task to be achieved by the cloth-type flexible motive and the wearable robot and massage device including the same according to the technical idea of the technology disclosed in this specification is not limited to the above-mentioned task, and another task not mentioned is from the description below It will be clear to those skilled in the art.

본 발명의 일 실시예에 따른 유연구동기는, 제1 방향으로 배열된 열반응 부재를 포함하는 구동부; 상기 구동부의 열반응 부재를 냉각시키기 위한 공기가 상기 제1 방향에 실질적으로 직교하는 제2 방향으로 상기 열반응 부재와 접촉하도록 구성된 냉각부; 및 상기 구동부와 냉각부로의 전원 공급을 제어하도록 구성된 제어부를 포함한다. An inertia motor according to an embodiment of the present invention includes a driving unit including a thermal response member arranged in a first direction; a cooling unit configured to allow air for cooling the thermal response member of the driving unit to contact the thermal response member in a second direction substantially orthogonal to the first direction; and a control unit configured to control supply of power to the driving unit and the cooling unit.

본 발명의 다른 실시예에 따른 유연구동기는, 열반응 부재를 포함하는 구동부; 상기 구동부의 열반응 부재가 차지하는 영역에 걸쳐 에어샤워 형식의 공기 흐름을 제공하는 냉각부; 및 상기 구동부와 냉각부로의 전원 공급을 제어하도록 구성된 제어부를 포함한다. Induction actuator according to another embodiment of the present invention, the driving unit including a thermal response member; a cooling unit providing an air shower-type air flow over an area occupied by the thermal response member of the driving unit; and a control unit configured to control supply of power to the driving unit and the cooling unit.

상기 냉각부는, 외부공기 공급기; 및 상기 외부공기 공급기로부터 발생된 공기를 상기 열반응 부재 측으로 배출하도록 구성된 에어포켓을 포함한다. The cooling unit may include an external air supply; and an air pocket configured to discharge the air generated from the external air supplier toward the thermal response member.

상기 에어포켓은, 상기 외부공기 공급기로부터 공급된 공기를 상기 에어포켓 내부로 유입하도록 구성된 공기 유입구; 및 상기 에어포켓 내부로 유입된 공기를 상기 열반응 부재가 위치하는 면으로 배출하도록 구성된 공기 배출구를 포함한다. The air pocket may include an air inlet configured to introduce air supplied from the external air supplier into the air pocket; and an air outlet configured to discharge the air introduced into the air pocket to a surface where the thermal response member is located.

상기 공기 배출구는 상기 제2 방향으로 배향된 복수의 공기 구멍(air hole)을 포함한다. The air outlet includes a plurality of air holes oriented in the second direction.

상기 복수의 공기 구멍은 상기 열반응 부재가 수축된 상태에 대응하는 영역에 형성된다. The plurality of air holes are formed in a region corresponding to a contracted state of the thermal response member.

상기 에어포켓은 상기 유연 구동기의 일면으로 기능하며, 상기 유연 구동기의 타면은 에어포켓으로부터 배출된 공기가 유연 구동기 외부로 빠져나갈 수 있는 다공성 소재로 이루어진다. The air pocket functions as one side of the flexible actuator, and the other surface of the flexible actuator is made of a porous material through which air discharged from the air pocket can escape to the outside of the flexible actuator.

상기 구동부는 제1 구동부와 제2 구동부를 포함하고, 상기 에어포켓은 상기 제1 및 제2 구동부들 사이에 배치되어 상기 에어포켓 내부로 유입된 공기가 상기 제1 및 제2 구동부들이 위치하는 면으로 배출된다. The driving unit includes a first driving unit and a second driving unit, and the air pocket is disposed between the first and second driving units so that air introduced into the air pocket is disposed on a surface where the first and second driving units are located. is emitted as

상기 유연 구동기의 양면은 상기 에어포켓으로부터 배출된 공기가 상기 유연 구동기 외부로 빠져나갈 수 있는 다공성 소재로 이루어진다. Both sides of the flexible actuator are made of a porous material through which air discharged from the air pocket can escape to the outside of the flexible actuator.

상기 냉각부는 외부공기 공급기를 포함하고, 상기 외부공기 공급기는 상기 구동부의 일측에 부착되되, 상기 외부공기 공급기가 위치하는 영역과 상기 구동부의 열반응 부재가 위치하는 영역은 중첩된다. The cooling unit includes an external air supply, and the external air supply is attached to one side of the driving unit, and an area where the external air supply is located overlaps an area where a thermal reaction member of the driving unit is located.

상기 유연 구동기의 양면은 상기 외부공기 공급기로부터 발생된 공기가 상기 구동부를 직접 관통한 후 상기 유연 구동기 외부로 빠져나갈 수 있는 다공성 소재로 이루어진다. Both sides of the flexible actuator are made of a porous material through which air generated from the external air supplier can pass through the actuator directly and then escape to the outside of the actuator.

상기 외부공기 공급기는 상기 열반응 부재가 수축된 상태에 대응하는 영역에 위치된다. The external air supplier is located in a region corresponding to a contracted state of the thermal response member.

상기 열반응 부재는 복수의 미세 직경 SMA 와이어로 구성된 SMA 스프링 다발을 포함한다. The thermally responsive member includes an SMA spring bundle composed of a plurality of fine diameter SMA wires.

본 발명의 다른 실시예에 의한 웨어러블 로봇은, 의복 본체, 및 상기 의복 본체에 연결되는 앞서 기재된 유연구동기를 포함하며, 상기 유연구동기의 일 측은 제1 신체고정부에 배치되고, 상기 유연구동기의 타 측은 상기 의복 본체에서 관절이 대응되는 위치를 기준으로 상기 제1 신체고정부와 반대편에 있는 제2 신체고정부에 배치된다. A wearable robot according to another embodiment of the present invention includes a clothing body and the above-described flexible motivation connected to the clothing body, one side of the flexible motivation is disposed on a first body fixing part, and the other of the flexible motivation The side is disposed in the second body fixing part on the opposite side of the first body fixing part based on the position corresponding to the joint in the garment body.

본 발명의 다른 실시예에 의한 마사지 장치는, 탄성 밴드, 및 상기 탄성 밴드에 연결되는 앞서 기재된 하나 이상의 유연구동기를 포함한다. A massage device according to another embodiment of the present invention includes an elastic band, and one or more flexible actuators described above connected to the elastic band.

본 발명의 다른 실시예에 의한 유연구동기는, 온도 변화에 따라 수축 상태와 이완 상태 사이에서 변경 가능하도록 구성된 열반응 부재; 상기 열반응 부재를 냉각시키기 위한 공기를 제공하도록 구성된 냉각부; 및 상기 열반응 부재와 냉각부를 제어하도록 구성된 제어부를 포함하고, 상기 냉각부로부터의 공기가 상기 열반응 부재를 냉각한 후 상기 열반응 부재의 영역에 대응하는 위치에 설치된 공기 배출구을 통해 유연구동기 외부로 배출되는 것을 특징으로 한다. 여하한의 방식(가령, 상하부로부터 각각 동시 주입)으로 주입된 냉각공기가 배출되는 배출구(메쉬 등 포함)가 열반응 부재의 영역에 대응하는 위치에 설치된 공기 배출구을 통해 배출되는 경우 열반응부재와 냉각공기와의 접촉시간을 늘릴 수 있어 냉각효율이 증대할 수 있다. A flexible actuator according to another embodiment of the present invention includes a thermal response member configured to change between a contraction state and a relaxation state according to temperature change; a cooling unit configured to provide air for cooling the thermally responsive member; and a control unit configured to control the thermal response member and the cooling unit, wherein after air from the cooling unit cools the thermal response member, it is discharged to the outside of the induction motor through an air outlet installed at a position corresponding to the region of the thermal response member. characterized by being released. When the cooling air injected in any way (eg, simultaneous injection from the top and bottom) is discharged through an air outlet (including a mesh, etc.) installed at a location corresponding to the area of the heat reaction member, the heat reaction member and the cooling air are discharged. The contact time with air can be increased, so the cooling efficiency can be increased.

본 발명의 다른 실시예에 의한 유연구동기의 제어 방법은, 온도 변화에 따라 수축 상태와 이완 상태 사이에서 변경 가능하도록 구성된 열반응 부재; 상기 열반응 부재를 냉각시키기 위한 공기를 제공하도록 구성된 냉각부; 및 상기 열반응 부재와 냉각부를 제어하도록 구성된 제어부를 포함하는 유연구동기의 제어방법으로서, 상기 냉각부의 공기 흐름방향은 상기 열반응 부재의 배열방향에 직교하는 것을 특징으로 한다. A method for controlling a flexible motor according to another embodiment of the present invention includes a thermal response member configured to change between a contraction state and a relaxation state according to a temperature change; a cooling unit configured to provide air for cooling the thermally responsive member; and a control unit configured to control the thermal response member and the cooling unit, wherein an air flow direction of the cooling unit is orthogonal to an arrangement direction of the thermal response member.

본 발명의 다른 실시예에 의한 컴퓨터 판독가능 기록 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램은, 명령어를 포함하고, 상기 명령어는 컴퓨터에 의해 실행되는 경우, 앞서 기재된 제어 방법을 구현한다. A computer program stored in a computer readable recording medium according to another embodiment of the present invention includes instructions, and when the instructions are executed by a computer, the control method described above is implemented.

본 발명의 실시예에 따르면 형상기억합금 스프링을 이용하고 이의 온도제어를 위한 공기냉각장치를 구비하는 옷감형 유연구동기, 이를 포함하는 웨어러블 로봇 및 마사지 장치의 제공이 가능하다. According to an embodiment of the present invention, it is possible to provide a cloth-type flexible motor using a shape memory alloy spring and having an air cooling device for temperature control thereof, a wearable robot including the same, and a massage device.

구체적으로, 설치된 스프링과 냉각공기가 실질적인 직교방향으로 직접 접촉하는 방식으로 냉각공기가 주입되거나, 냉각공기가 스프링을 냉각한 후 스프링의 영역에 대응하는 위치에 설치된 공기 배출구을 통해 유연구동기 외부로 배출되는 방식으로 배출구가 위치되어, 신속한 이완 동작의 응답성을 갖는 옷감형 유연구동기, 이를 포함하는 웨어러블 로봇 및 마사지 장치를 제공할 수 있다.Specifically, the cooling air is injected in such a way that the installed spring and the cooling air are in direct contact in a substantially orthogonal direction, or the cooling air is discharged to the outside of the induced actuator through an air outlet installed at a position corresponding to the area of the spring after cooling the spring In this way, the outlet is positioned, and a cloth-type flexible actuator having a response of a quick relaxation operation, a wearable robot including the same, and a massage device can be provided.

한편, 앞서 기재된 효과는 예시적인 것에 불과하며 당업자의 관점에서 본 발명의 세부 구성으로부터 예측되거나 기대되는 효과들 또한 본원발명 고유의 효과에 추가될 수 있을 것이다. On the other hand, the effects described above are merely exemplary, and effects predicted or expected from the detailed configuration of the present invention from the viewpoint of those skilled in the art may also be added to the unique effects of the present invention.

도 1a, 도 1b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 유연구동기의 구성도 및 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 유연구동기에 적용가능한 SMA 스프링 다발 및 단위 스프링의 예시도이다.
도 3은 도 1의 유연구동기에 적용되는 중첩부에 대한 구성도이다.
도 4는 도 1의 유연구동기에서의 추가옷감에 대한 구성도이다.
도 5은 도 1의 유연구동기의 다른 실시예를 나타낸다.
도 6은 에어포켓을 이용한 냉각부의 일 실시예를 나타낸다.
도 7 (a)은 도 6의 에어포켓에 의해 냉각공기가 에어샤워(air shower) 형태로 분사되는 것과 (b)는 냉각공기와 SMA 스프링의 접촉관계(직교방향 교차)를 나타낸다.
도 8은 도 6의 양면 분사구조의 에어포켓을 이용하여 복수의 구동부를 냉각시키는 실시예를 나타낸다.
도 9는 도 6의 실시예에 의한 유연구동기의 전면과 후면을 나타낸다.
도 10a 및 도 10b는 외부공기공급기를 이용한 냉각부의 일 실시예 및 단면 확대도를 각각 나타낸다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 마사지 장치의 구성도이다.
도 12는 도 11의 마사지 장치의 동작을 설명하기 위한 예시도이다.
1A and 1B are a configuration diagram and an exploded perspective view of an inertia motor according to an embodiment of the present invention, respectively.
FIG. 2 is an exemplary view of an SMA spring bundle and unit spring applicable to the flexible actuator of FIG. 1 .
3 is a configuration diagram of an overlapping unit applied to the flexible motor of FIG. 1;
Figure 4 is a configuration diagram of the additional fabric in the flexible motive of Figure 1.
FIG. 5 shows another embodiment of the flexible drive motivation of FIG. 1 .
6 shows an embodiment of a cooling unit using air pockets.
FIG. 7 (a) shows that cooling air is sprayed in the form of an air shower by the air pocket of FIG. 6 and (b) shows the contact relationship (orthogonal direction intersection) between the cooling air and the SMA spring.
FIG. 8 shows an embodiment in which a plurality of driving units are cooled using air pockets of the double-sided injection structure of FIG. 6 .
Figure 9 shows the front and rear of the flexible motor according to the embodiment of Figure 6.
10A and 10B show an embodiment of a cooling unit using an external air supply and an enlarged cross-sectional view, respectively.
11 is a configuration diagram of a massage device according to an embodiment of the present invention.
12 is an exemplary diagram for explaining the operation of the massage device of FIG. 11;

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소에는 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 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, the embodiments disclosed in this specification will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the same reference numerals will be assigned to the same or similar components regardless of reference numerals, and overlapping descriptions thereof will be omitted. The suffixes "module" and "unit" for components used in the following description are given or used together in consideration of ease of writing the specification, and do not have meanings or roles that are distinct from each other by themselves. In addition, in describing the embodiments disclosed in this specification, if it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the embodiment disclosed in this specification, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the accompanying drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in this specification, the technical idea disclosed in this specification is not limited by the accompanying drawings, and all changes included in the spirit and technical scope of the present invention , it should be understood to include equivalents or substitutes.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms including ordinal numbers, such as first and second, may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. These terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.It is understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, but other elements may exist in the middle. It should be. On the other hand, when an element is referred to as “directly connected” or “directly connected” to another element, it should be understood that no other element exists in the middle.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In this application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.

본 개시내용은 도면 및 이상의 설명에서 상세하게 예시되고 설명되었지만, 본 개시내용은 특성이 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 고려되어야 하고, 단지 소정의 실시형태가 도시되고 설명되었으며, 본 개시내용의 정신 내에 들어가는 모든 변화와 변형은 보호되는 것이 바람직함이 이해될 것이다.While the present disclosure has been illustrated and described in detail in the drawings and foregoing description, the present disclosure is to be considered illustrative rather than restrictive in nature, with only certain embodiments shown and described, and within the spirit of the present disclosure. It will be appreciated that all changes and modifications that enter are preferably protected.

유연구동부Yoo Research East

이하 첨부된 도면을 참고하여 먼저 본 발명의 일 실시예에 따른 옷감형 유연구동기에 대하여 상세히 설명한다. 설명의 편의상, 본 명세서에 기재된 실시예는 전류를 이용한 주울 가열(Joule heating)을 통해 유연구동기가 수축되도록 하는 열반응 부재의 경우로 한정한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a cloth-type flow motor according to an embodiment of the present invention will be described in detail. For convenience of description, the embodiments described in this specification are limited to the case of a thermal response member that causes the induction motor to contract through Joule heating using current.

아울러, 본 명세서에서는 이러한 열반응 부재로서 미세 SMA 스프링을 복수개 포함하는 구조를 예로 들어 설명하고 있지만, 본 발명의 기술적 사상에 해당하는 냉각구조는 작동시 발열하는 어떠한 타입/형태/구조의 열반응 부재(들)을 포함하는 유연구동기에도 적용될 수 있음은 자명하다고 할 것이다. In addition, although the present specification describes a structure including a plurality of fine SMA springs as an example of such a thermal response member, the cooling structure corresponding to the technical idea of the present invention is a thermal response member of any type/form/structure that generates heat during operation. It will be self-evident that it can also be applied to related research motives including (s).

1. 유연구동기 단위체1. Fluid Motivational Unit

도 1a, 1b에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 유연구동기(10) 단위체는, 본체 내부에 배치된 SMA 스프링 다발인 열반응 부재(100)가 제어부에 의하여 수축 및 이완됨에 의하여 구동기 자체도 수축 및 이완되도록 구성된다. As shown in FIGS. 1A and 1B, in the inductive actuator 10 unit according to the present embodiment, the heat response member 100, which is a bundle of SMA springs disposed inside the body, contracts and relaxes by the control unit, so that the actuator itself also It is configured to contract and relax.

SMA 스프링 다발인 열반응 부재(100)는 일 방향을 따라 연장되며, 온도 변화에 따라 연장된 길이방향(D1)을 따라 수축 또는 이완 가능하도록 구성될 수 있다. 예시적으로, 열반응 부재는 전기가 공급되면 발생하는 열에 반응하여 일 방향을 따라 수축될 수 있다. 또한, 전기 공급이 중단되어 온도가 감소되면, 일 방향의 반대 방향으로 이완될 수 있다.The thermal response member 100, which is an SMA spring bundle, extends in one direction and may be configured to contract or relax along the lengthwise direction D1 according to temperature change. Illustratively, the heat response member may contract along one direction in response to heat generated when electricity is supplied. In addition, when the supply of electricity is stopped and the temperature decreases, it can be relaxed in the opposite direction to one direction.

열반응 부재(100)는 열에 반응하는 형상기억합금 소재로 형성될 수 있다. 예를 들어, 열반응 부재(100)는 형상기억합금 SMA 와이어로 구현되는 형상기억합금 SMA 스프링으로 이루어질 수 있다. 또는, 열반응 부재(100)는 형상기억합금 소재뿐만 아니라, 열에 의하여 반응하는 다양한 열반응 물질, 예를 들면, 형상기억수지(shape memory resin), 형상기억고분자(shape memory polymer, SMP), 탄소나노튜브(carbon nanotube), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리아미드(polyamide), 나일론(nylon) 등으로 이루어질 수 있다. The thermal response member 100 may be formed of a shape memory alloy material that reacts to heat. For example, the thermal response member 100 may be formed of a shape memory alloy SMA spring implemented with a shape memory alloy SMA wire. Alternatively, the thermal response member 100 may include not only a shape memory alloy material, but also various thermally reactive materials that react by heat, for example, shape memory resin, shape memory polymer (SMP), carbon It may be made of carbon nanotube, polyethylene, polyamide, nylon, or the like.

본 명세서에서는 열반응 부재로서 형상기억합금인 SMA 와이어가 SMA 스프링으로 구현된 것을 예시로 설명한다. SMA 스프링 단위체(101)는 변경가능한 본체부(101a)와 고정결합을 위한 다리부(101b)로 구성된다. In the present specification, as an example, an SMA wire, which is a shape memory alloy, is implemented as an SMA spring as a thermal reaction member. The SMA spring unit body 101 is composed of a changeable body portion 101a and a leg portion 101b for fixed coupling.

SMA 스프링을 구성하는 SMA 와이어의 직경이 가늘수록 가열속도가 빨라지며 부피 대비 표면적 비율이 높아져서 냉각속도도 향상될 수 있다.The thinner the diameter of the SMA wire constituting the SMA spring, the faster the heating rate and the higher the surface area to volume ratio, so the cooling rate can also be improved.

예를 들어, 0.08 mm 미세직경의 SMA 와이어는 가령 0.5 mm 굵은 직경의 SMA 와이어 단면적의 1/39로서 단위부피 대 표면적 비율이 6.25 배 증가한다. 단면적의 비율만큼 부하용량이 감소하므로 0.08 mm 직경의 SMA 와이어로 제작한 SMA 스프링이 0.5 mm 직경의 SMA 와이어로 제작한 SMA 스프링 1개의 부하용량을 발휘하기 위해서는 이론상 39 개가 필요하다.For example, a 0.08 mm fine diameter SMA wire has a cross-sectional area of 1/39 of a 0.5 mm coarse diameter SMA wire, increasing the unit volume to surface area ratio by 6.25 times. Since the load capacity decreases by the ratio of the cross-sectional area, theoretically 39 SMA springs made of 0.08 mm diameter SMA wire are required to exert the load capacity of one SMA spring made of 0.5 mm diameter SMA wire.

0.5 mm 직경 SMA 와이어로 구성된 SMA 스프링으로 10 kgf의 구동력을 가지는 옷감형 구동기를 제작하는 경우 수십 개(가령 20개)의 SMA 스프링을 사용하면 되지만 이러한 복수의 스프링들로 구성된 구동기 조립체를 사용자가 착용할 경우 느껴지는 이질감와 불편함은 불가피할 것이다. In the case of manufacturing a cloth-type actuator having a driving force of 10 kgf with an SMA spring composed of 0.5 mm diameter SMA wire, dozens (eg, 20) of SMA springs may be used, but the user wears an actuator assembly composed of a plurality of these springs. If you do, the feeling of heterogeneity and discomfort will be inevitable.

한편, 0.5 mm 직경 SMA 와이어로 구성된 SMA 스프링으로 제조된 옷감형 구동기의 10 kgf의 대응 구동력을 가지기 위해서는 0.08 mm 직경 와이어의 SMA 스프링의 경우 수백 개의 SMA 스프링을 사용해야 한다.On the other hand, in order to have a corresponding driving force of 10 kgf of a cloth type actuator made of an SMA spring composed of a 0.5 mm diameter SMA wire, hundreds of SMA springs must be used in the case of an SMA spring of 0.08 mm diameter wire.

본 개시내용은 이러한 많은 개수의 미세직경 와이어의 SMA 스프링을 사용하는 새로운 형태의 옷감형 구동기 및 제작 공정의 개발 요구에 대한 해결책이 될 것이다. The present disclosure will be a solution to the development needs of a new type of cloth type actuator and manufacturing process using SMA springs of such a large number of fine diameter wires.

주의할 점은, 도 2에서는 스프링을 이루는 와이어의 직경이 0.5 mm, 0.08 mm인 것을 예시로 들었지만, 반드시 이러한 직경에만 본 발명이 적용될 수 있는 것은 아니다. 기존에는 고려할 필요가 없었던 방법이 와이어가 가늘어져서 개수가 늘어남에 따라 새로운 제작방법 및 구성 필요하게 된 것이다. 따라서, 0.5 mm보다 큰 직경의 와이어의 경우에도 본 발명에 의한 새로운 방법으로 충분히 제작이 가능하다. 접힐 수 있는 직경의 모든 와이어가 본 발명에 적용될 수 있다. It should be noted that, although the diameters of the wires constituting the spring are 0.5 mm and 0.08 mm as examples in FIG. 2 , the present invention is not necessarily applicable only to these diameters. As the number of methods that did not need to be considered in the past increases as the wire becomes thinner, new manufacturing methods and configurations are needed. Therefore, even in the case of a wire having a diameter larger than 0.5 mm, it is sufficiently possible to manufacture it by the new method according to the present invention. Any wire of a foldable diameter can be applied to the present invention.

본 개시에서는 이러한 미세 SMA 스프링을 가령 수백 개 모아 하나의 모듈인 SMA 스프링 다발(그룹; 100)을 형성한다. 미세직경의 SMA 와이어 기반 다발을 이용하면 기존의 구동력을 유지하면서도 옷감의 유연성을 상당부분 유지하여 착용시 이질감이 없을 뿐만 아니라 특히 냉각속도를 향상시켜 빠른 응답성을 구현할 수 있다. 한편, 와이어 직경에서와 같이 다발/그룹을 구성하는 스프링의 개수에 대해서도 마찬가지이다. 수 내지 수백 개까지 본 발명에 의한 새로운 제작방법 및 구성이 적용될 수 있다. In the present disclosure, for example, hundreds of such fine SMA springs are gathered to form an SMA spring bundle (group) 100 as one module. By using a fine-diameter SMA wire-based bundle, while maintaining the existing driving force, a considerable part of the flexibility of the fabric is maintained, so there is no sense of difference when worn, and in particular, a fast response can be realized by improving the cooling speed. On the other hand, the same is true for the number of springs constituting a bundle/group as for wire diameter. New manufacturing methods and configurations according to the present invention can be applied to several to several hundred.

참고로, SMA 스프링 그 자체는 특정 제조방법에 한정되는 것은 아니지만 가령 본 발명의 출원인에 의하여 이미 출원된 대한민국 특허출원 제10-2020-0029517호 “형상기억합금 스프링의 제조방법”에 개시된 방법에 의해 제조될 수 있으며, 이는 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다. For reference, the SMA spring itself is not limited to a specific manufacturing method. may be prepared, which is incorporated herein by reference in its entirety.

한편, 미세직경의 SMA 와이어 기반 그룹은 요구되는 구동력 등에 따라 단수 또는 복수로 설치될 수 있음을 이해할 것이다. On the other hand, it will be understood that the fine-diameter SMA wire-based groups may be installed singly or in plural depending on the required driving force and the like.

본 실시예에서는 미세 또는 소정 직경의 SMA 와이어 기반 SMA 스프링 단위체(101)가 제1 SMA 스프링 다발(110)과 제2 SMA 스프링 다발(120)과 같이 복수로 구성되어 도 1에서와 같이 서로 동일한 수축/이완 방향으로 작동, 즉 서로 나란히 배치된 경우를 예로서 설명한다. In this embodiment, the SMA wire-based SMA spring unit body 101 having a fine or predetermined diameter is configured in plurality, such as the first SMA spring bundle 110 and the second SMA spring bundle 120, so that the same contraction as shown in FIG. /The operation in the relaxation direction, that is, the case where they are arranged side by side will be described as an example.

유연구동기는, 크게, 본체인 외피(400: 410, 420), SMA 스프링 다발(100: 110, 120), 전극(200)인 전도성 패드 및 외부 전류 수신부(전류 공급선; 240)으로 이루어진다. The flexible motor is largely composed of a body (400: 410, 420), an SMA spring bundle (100: 110, 120), an electrode (200), a conductive pad, and an external current receiver (current supply line; 240).

본체를 구성하는 외피(400)는 상피(410)와 하피(420)인 한 쌍으로 이루어진다. 이는 다양한 소재로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는, SMA 스프링 다발의 수축 또는 이완 시 함께 수축 또는 이완 가능한 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 외피는 유연한 소재, 보다 바람직하게는 패브릭 소재로 이루어질 수 있다. 특히, 이러한 외피는 열반응 부재의 냉각과 관련하여 중요한 역할을 하며 이에 대해서는 ‘2. 냉각구조’ 부분에서 상세히 설명한다. The outer skin 400 constituting the main body is composed of a pair of upper skin 410 and lower skin 420. It may be made of various materials, and preferably, it may be made of a material that can be contracted or released together when the SMA spring bundle is contracted or relaxed. For example, the outer shell may be made of a flexible material, more preferably a fabric material. In particular, this outer skin plays an important role in cooling the heat-reactive member, and for this, see ‘2. Cooling structure’ section explains in detail.

SMA 스프링 다발(100)은 가령 수십 내지 수백 개의 소정 직경의 SMA 와이어로 다발/그룹을 형성하는 모듈이다. 외피 내에서 온도 변화에 따라 수축 상태와 이완 상태 사이에서 변경 가능하도록 배치된다. 복수의 SMA 스프링 다발들은, 전류 흐름 측면에서, (최상류에 위치하는) 선단의 제1 SMA 스프링 다발(110) 및 (최하류에 위치하는) 말단의 제2 SMA 스프링 다발(120)을 포함한다. SMA 스프링 다발들 각각(110, 120)은, 전류 흐름 측면(도 3a의 화살표 참조)에서, (전류가 들어가는) 입구측 일단와 (전류가 빠져나가는) 출구측 타단을 포함한다. 본 실시예에서는 도 1에서와 같이 제1 SMA 스프링 다발(110)과 제2 SMA 스프링 다발(120)로 구성되어 서로 동일한 수축/이완 방향으로 작동가능하도록 서로 나란히 배치된다.The SMA spring bundle 100 is a module that forms a bundle/group of, for example, tens to hundreds of SMA wires of a predetermined diameter. It is arranged to change between a contracted state and a relaxed state in response to temperature changes within the outer shell. The plurality of SMA spring bundles include a first SMA spring bundle 110 at the front end (located at the uppermost stream) and a second SMA spring bundle 120 at the end (located at the downstream end) in terms of current flow. Each of the SMA spring bundles 110 and 120 includes, on the current flow side (refer to the arrow in FIG. 3A ), an inlet end (current enters) and an outlet end (current exits). In this embodiment, as shown in FIG. 1, the first SMA spring bundle 110 and the second SMA spring bundle 120 are arranged side by side so as to be operable in the same contraction/relaxation direction.

전극(200)인 전도성 패드는 외부에서 공급되는 전류가 SMA 스프링 다발로 흐르는 경로를 만들어주는 전극 역할을 하는 전도성 옷감 또는 유연 전도체 박막으로서 적어도 2개 이상 형성된다. 이러한 전도성 패드(200)는 다양한 방법에 의하여 외피에 고정 배치될 수 있다. At least two conductive pads, which are the electrodes 200, are conductive cloth or flexible conductor thin films that serve as electrodes to make a path for current supplied from the outside to flow to the SMA spring bundle. The conductive pad 200 may be fixedly disposed on the outer shell by various methods.

본 실시예에서, 복수의 전극(200)은, 전류 흐름 측면에서, (최상류에 위치하는) 선단의 제1 전도성 패드(210), 중간 전도성 패드(230), (최하류에 위치하는) 말단의 제2 전도성 패드(220)를 포함한다. In this embodiment, the plurality of electrodes 200 are, in terms of current flow, the first conductive pad 210 at the front end (located at the uppermost stream), the middle conductive pad 230, and the end at the end (located at the lowermost stream). A second conductive pad 220 is included.

이러한 복수의 전극(200)은 복수의 SMA 스프링 다발들 각각과의 전기적 경로를 형성하도록 각각의 다발과 서로 접촉하는 영역을 갖는다. 이러한 영역을 ‘중첩부’라고 정의하고 중첩부는 전도성 패드의 일부 또는 전체가 될 수 있다. 중첩부는 전도성 패드와 SMA 스프링 다발이 서로 박음질되어 고정되는 방식으로 이루어진다. The plurality of electrodes 200 have areas in contact with each of the plurality of SMA spring bundles to form an electrical path with each of the bundles. This area is defined as an 'overlap', and the overlap may be part or all of the conductive pad. The overlapping portion is made in such a way that the conductive pad and the SMA spring bundle are sewn together and fixed.

제1 전도성 패드(210)는 제1 SMA 스프링 다발(110)의 일단과 전기적으로 연결되는 제1 중첩부(211)를 포함하며, 도 2에서의 실시예에서는 외피(400)의 상단부에 형성된다. The first conductive pad 210 includes a first overlapping portion 211 electrically connected to one end of the first SMA spring bundle 110, and is formed on the upper end of the shell 400 in the embodiment of FIG. 2 .

중간 전도성 패드(230)는 도 2에서와 같이 외피의 하단부(400)에 형성되어 제1 SMA 스프링 다발(110)과 제2 SMA 스프링 다발(120)을 서로 전기적으로 연결되도록 구성되고, 각각의 스프링 다발과 접촉되는 2개의 중간 중첩부(231)를 포함한다. As shown in FIG. 2, the intermediate conductive pad 230 is formed on the lower end 400 of the shell and is configured to electrically connect the first SMA spring bundle 110 and the second SMA spring bundle 120 to each other, and each spring It includes two intermediate overlapping portions 231 in contact with the bundle.

제2 전도성 패드(220)는, 제2 SMA 스프링 다발(120)의 타단과 전기적으로 연결되는 제2 중첩부(221)를 포함하며, 도 3의 실시예에서는 외피(400)의 상단부에 제1 전도성 패드(210)와 나란히 형성된다.The second conductive pad 220 includes a second overlapping portion 221 electrically connected to the other end of the second SMA spring bundle 120, and in the embodiment of FIG. It is formed parallel to the conductive pad 210 .

즉, 외부 전류가 흐르는 방향 측면에서 본다면, 복수의 전극들 중 제1 전도성 패드(210)는 외부로부터 공급되는 전류를 최상류에 위치하는 SMA 스프링 다발(제1 SMA 스프링 다발)에 전달하는 ‘선단 전극’이며, 제2 전도성 패드(220)는 최하류에 위치하는 SMA 스프링 다발(제2 SMA 스프링 다발)로부터 나오는 전류를 외부로 전달하는 ‘말단 전극’이며, 중간 전도성 패드(230)는 복수의 SMA 스프링 다발들 사이에서의 전류 흐름이 가능하도록 형성된 ‘중간 전극’에 해당한다. 후술하는 기타 실시예에서 언급하겠지만, 이러한 ‘선단 전극’과 ‘말단 전극’ 사이의 ‘중간 전극’은 스프링 다발의 개수에 따라 필요없거나(가령, 스프링 다발이 하나인 경우) 또는 2개(가령, 스프링 다발이 둘인 경우) 또는 3개(가령, 스프링 다발이 세개인 경우) 또는 그 이상 필요할 수도 있다. That is, when viewed from the side of the direction in which the external current flows, the first conductive pad 210 among the plurality of electrodes transfers the current supplied from the outside to the SMA spring bundle (first SMA spring bundle) located upstream. ', the second conductive pad 220 is an 'end electrode' that transfers current from the SMA spring bundle (second SMA spring bundle) located at the most downstream to the outside, and the middle conductive pad 230 is a plurality of SMA spring bundles. It corresponds to an 'intermediate electrode' formed to enable current flow between the spring bundles. As will be mentioned in other embodiments to be described later, the 'intermediate electrode' between the 'top electrode' and the 'end electrode' is not necessary (for example, when there is one spring bundle) or two (for example, You may need two spring bundles) or three (eg three spring bundles) or more.

언급한 바와 같이 중첩부는, SMA 스프링 다발을 구성하는 개별 단위 스프링과 전도성 패드가 전기적으로 서로 통전될 수 있도록 물리적으로 서로 접촉되는 영역을 의미하는 것으로서, 전도성 패드의 적어도 일부가 될 수 있다. 일반적으로 중첩부에서는 SMA 스프링의 다리부분(101b)이 위치되어 대응하는 전도성 패드(200)와 박음질 등의 방법에 의해 서로 고정 결합된다. 도 3에 도시된 예에서는, 이러한 중첩부들은 제1 SMA 스프링 다발(110)의 일측 및 타측을 각각 대응하는 제1 및 제2 전도성 패드(220)와 함께 박음질함으로써 서로 결합될 수 있다. As mentioned above, the overlapping portion refers to a region in which individual unit springs constituting the SMA spring bundle and the conductive pad physically contact each other so that they can be electrically energized, and may be at least a part of the conductive pad. In general, in the overlapping portion, the leg portion 101b of the SMA spring is positioned and fixedly coupled to the corresponding conductive pad 200 by a method such as stitching. In the example shown in FIG. 3 , these overlapping parts may be coupled to each other by sewing one side and the other side of the first SMA spring bundle 110 together with corresponding first and second conductive pads 220 , respectively.

한편, 도 4에서와 같이, 중첩부들 각각은 적어도 1회 접힌 상태일 수도 있다. 기존의 굵은 와이어를 이용한 유연구동기에 있어서는, 외부에서 받는 하중을 버티기 위해 SMA 스프링 다리를 강성이 높은 유연 플라스틱에 여러 차례 바느질하여 높은 외부 하중에 대해서도 스프링 다리가 빠지지 않도록 해야 하였으므로 공정이 복잡해지는 문제가 있었다. 그러나, 본 실시예에서와 같이, 수많은 미세 직경의 SMA 스프링의 다리를 전극(200)인 전도성 패드에 고정한 후 적어도 1회, 바람직하게는 2회 접어 그 접힌 부분의 단면을 실질적으로 ‘ㄹ’자 또는 그 유사한 형태로 형성한 후 박음질 등으로 고정함으로써 높은 외부하중에도 스프링 다리가 빠지지 않도록 하였다. 이와 같이 다수의 SMA 스프링을 하나하나 바느질하지 않고 한 번에 박음질로 옷감에 고정하여 제작공정을 단순화할 수 있다. 물론 다양한 고정수단이 대체될 수 있음은 당업자에게 자명하다고 할 것이다. Meanwhile, as shown in FIG. 4 , each of the overlapping portions may be in a folded state at least once. In the existing flexible motor using a thick wire, the SMA spring leg had to be sewn to flexible plastic with high rigidity several times to withstand the load received from the outside so that the spring leg did not come off even under a high external load, so the process was complicated. there was. However, as in the present embodiment, after fixing the legs of SMA springs of many fine diameters to the conductive pads, which are the electrodes 200, fold them at least once, preferably twice, so that the cross section of the folded portion is substantially 'D' shape. Or, it was formed in a similar form and then fixed with stitching to prevent the spring legs from falling out even under high external loads. In this way, the manufacturing process can be simplified by fixing the plurality of SMA springs to the fabric by stitching at once without sewing them one by one. Of course, it will be apparent to those skilled in the art that various fixing means can be substituted.

본 실시예에 의한 유연구동기는, 도 4에 도시된 바와 같이, 이러한 중첩부의 ‘ㄹ’과 같이 접힌 부분에 삽입된 상태로 일체로 박음질되어 고정결합되도록 구성된 추가 옷감(500)을 더 포함한다. 추가 옷감(500)은 외피보다 덜 유연한 재료로 구성되는 것이 바람직하다. 추가 옷감(500)은 아이릿(eyelet)용 개구부(501)를 포함할 수 있으며 이러한 개구부(501)를 이용하여 유연구동기가 연결부재(2000)와 연결되어 사용될 수 있다. 즉, 추가 옷감(500)은 아이릿을 고정하고 외부에서 가해지는 힘을 전달하는 가방끈처럼 강성이 높은 옷감으로 이해될 수 있다. As shown in FIG. 4, the flexible motivator according to this embodiment further includes an additional fabric 500 configured to be integrally sewn and fixedly coupled while being inserted into the folded portion such as 'D' of the overlapping portion. The additional fabric 500 is preferably constructed from a material that is less flexible than the outer skin. The additional cloth 500 may include an eyelet opening 501, and the flexible actuator may be connected to the connecting member 2000 using the opening 501. That is, the additional fabric 500 may be understood as a highly rigid fabric such as a bag strap that fixes eyelets and transmits externally applied force.

외부 전류 수신부(240)는 외부로부터 외피 내부로 전류를 받아들이기 위해 외부로 노출된 전선 또는 전도성 옷감을 의미한다. 즉, 이는 외피 내부에 존재하는 전도성 요소들, 가령 도 1의 전도성 패드들과 SMA 스프링 다발들 사이에서의 전기적 경로를 형성하도록 외부로부터 전류를 처음으로 인입하도록 구성된다. The external current receiver 240 means a wire or conductive cloth exposed to the outside to receive current from the outside to the inside of the outer shell. That is, it is configured to first draw current from the outside to form an electrical path between the conductive elements present inside the shell, such as the conductive pads of FIG. 1 and the SMA spring bundles.

이러한 외부 전류 수신부(240)는 최상류의 선단 전극인 제1 전도성 패드(210)로부터 형성될 수도 있다. 종래에는 유연 플라스틱에 바느질된 SMA 스프링 다리를 밖으로 빼서 전류 공급선으로 사용하였는데, 이러한 방식은 SMA 스프링 다리가 길어야 해서 재료의 낭비와 공정의 복잡성을 초래하였다. 본 실시예에서는 전극으로 사용되는 전도성 옷감 등의 전도성 패드를 전류의 통로로 사용하기 때문에 전도성 옷감 자체를 외부로 연장하여 전류 공급선으로 활용 가능하며, 이에 의하면 SMA 스프링 다리를 짧고 균일하게 제작하여 재료 낭비 방지 및 공정 단순화를 이룰 수 있다. The external current receiver 240 may be formed from the first conductive pad 210, which is an uppermost tip electrode. Conventionally, the SMA spring leg sewn to flexible plastic was pulled out and used as a current supply line, but this method required the SMA spring leg to be long, resulting in waste of material and complexity of the process. In this embodiment, since conductive pads such as conductive cloth used as electrodes are used as a path for current, the conductive cloth itself can be extended to the outside and used as a current supply line. According to this, the SMA spring legs are made short and uniform, wasting material prevention and process simplification.

도 5는 본 발명의 기타 실시예에 의한 유연구동기를 나타낸다. 5 shows a flexible research motivation according to another embodiment of the present invention.

도 5 (a)는 도 1의 실시예와는 달리 하나의 SMA 스프링 다발(100)로 이루어진다. 따라서, 앞서 언급한 바와 같이, 본 실시예에 의한 구동기는, 외부 전류의 방향 측면에서 볼 때, 외부로부터 공급되는 전류를 최상류에 위치하는 SMA 스프링 다발(제1 SMA 스프링 다발)에 전달하는 ‘선단 전극’인 제1 전도성 패드와 전류를 외부로 보내기 위한 ‘말단 전극’인 제2 전도성 패드만이 요구되며, 복수의 SMA 스프링 다발들 사이에서 전류 흐름이 가능하도록 형성된 ‘중간 전극’은 필요없다. 5 (a), unlike the embodiment of FIG. 1, consists of one SMA spring bundle 100. Therefore, as mentioned above, the actuator according to the present embodiment, when viewed from the direction of the external current, transfers the current supplied from the outside to the uppermost SMA spring bundle (first SMA spring bundle) at the front end. Only the first conductive pad, which is an electrode, and the second conductive pad, which is an 'end electrode' for sending current to the outside, are required, and an 'intermediate electrode' formed to allow current to flow between the plurality of SMA spring bundles is not required.

따라서, 도 5 (a)의 실시예에 의한 유연구동기는, 유연 소재의 한 쌍의 외피, 한 쌍의 외피 내에서 온도 변화에 따라 수축 상태와 이완 상태 사이에서 변경 가능하도록 배치되며 복수의 미세 직경 SMA 와이어로 구성된 제1 SMA 스프링 다발(110), 외피에 고정 배치되며 상기 제1 SMA 스프링 다발(110)의 일측과 전기적으로 연결되는 제1 중첩부(211)를 포함하는 제1 전도성 패드(210), 외피에 고정 배치되며 제1 SMA 스프링 다발(110)의 타측과 전기적으로 연결되도록 제2 중첩부(221)를 포함하는 제2 전도성 패드(220), 및 제1 전도성 패드(210)와 제1 SMA 스프링 다발(110) 및 제2 전도성 패드(220)로의 전기적 경로를 형성하도록 외부로부터 전류를 인입하도록 구성된 외부 전류 수신부(240)를 포함하고, 제1 및 2 중첩부들 각각은 박음질된 상태이며, 기타 특징들은 앞서 설명한 실시예 1이 동일하게 적용될 수 있다. Therefore, the flexible motor according to the embodiment of FIG. 5 (a) is arranged to change between a contraction state and a relaxation state according to a temperature change within a pair of outer skins of a flexible material and a pair of outer skins, and has a plurality of fine diameters. A first conductive pad 210 including a first SMA spring bundle 110 made of SMA wire and a first overlapping portion 211 fixed to the outer shell and electrically connected to one side of the first SMA spring bundle 110. ), a second conductive pad 220 fixed to the shell and including a second overlapping portion 221 so as to be electrically connected to the other side of the first SMA spring bundle 110, and the first conductive pad 210 1 SMA spring bundle 110 and an external current receiver 240 configured to draw in current from the outside to form an electrical path to the second conductive pad 220, and each of the first and second overlapping parts is in a sewn state, , other features may be equally applied to the above-described embodiment 1.

도 5 (b)는 도 1의 실시예와는 달리 제1 내지 제3의 세 개의 SMA 스프링 다발들(100)로 이루어진다. 따라서, 앞서 언급한 바와 같이, 본 실시예에 의한 구동기는, ‘선단 전극’인 제1 전도성 패드와 전류를 외부로 보내기 위한 ‘말단 전극’인 제2 전도성 패드뿐만 아니라, 제1 내지 3 SMA 스프링 다발 모듈들을 서로 전기적으로 연결시키기 위한 ‘중간 전극’인 중간 전도성 패드들이 요구된다. Unlike the embodiment of FIG. 1 , FIG. 5 ( b ) consists of first to third three SMA spring bundles 100 . Therefore, as mentioned above, the driver according to the present embodiment includes the first to third SMA springs as well as the first conductive pad as the 'top electrode' and the second conductive pad as the 'end electrode' for sending current to the outside. Intermediate conductive pads, which are 'intermediate electrodes' for electrically connecting bundled modules to each other, are required.

따라서, 동 실시예에 의한 유연구동기에 있어서의 복수의 전극은 복수의 중간 전도성 패드 및 복수의 중간 중첩부를 포함한다. 마찬가지로 기타 특징들은 앞서 설명한 실시예와 동일하게 적용될 수 있다.Therefore, the plurality of electrodes in the flexible actuator according to the embodiment include a plurality of intermediate conductive pads and a plurality of intermediate overlapping portions. Likewise, other features may be applied in the same manner as in the above-described embodiment.

2. 냉각구조2. Cooling structure

앞서 언급한 바와 같이, 본체를 구성하는 외피(400)는 상피(410)와 하피(420)인 한 쌍으로 이루어진다(도 1b 참조). 이러한 외피는 열반응 부재의 냉각과 관련하여 중요한 역할을 한다. As mentioned above, the outer skin 400 constituting the main body consists of a pair of upper skin 410 and lower skin 420 (see FIG. 1B). This outer shell plays an important role in relation to the cooling of the thermally responsive member.

도 1b에 도시된 바와 같이, 상피(410)와 하피(420)의 옷감 커버에 전극 역할을 하는 전도성 옷감이 부착되고, 하피에 전도성 옷감, SMA 스프링 다발 및 전선을 바느질로 고정한다. 가령, 전도성 옷감이 부착된 부분을 수 회 접은 후 박음질 하여 SMA 스프링 다발, 전선 및 옷감 커버를 서로 결합시킬 수 있다. As shown in FIG. 1B, conductive fabric serving as an electrode is attached to the cloth covers of the upper skin 410 and the lower skin 420, and the conductive fabric, the SMA spring bundle, and the wires are fixed to the lower skin by sewing. For example, the SMA spring bundle, wires, and fabric cover may be combined with each other by folding the portion to which the conductive fabric is attached several times and then stitching it.

이와 같이, 바느질 및 접기 등이 가능한 전도성 옷감을 전극으로 사용함으로써 많은 개수의 형상기억합금 스프링을 한꺼번에 전도성 옷감과 통기성 옷감 커버에 바느질 결합이 가능하다. 또한, 외력이 작용하더라도 옷감 커버와 단단히 결합상태를 유지하면서 외부 전류 공급이 가능하다. In this way, by using a conductive fabric capable of sewing and folding as an electrode, it is possible to sew a large number of shape memory alloy springs to the conductive fabric and the air permeable fabric cover at once. In addition, even if an external force acts, it is possible to supply external current while maintaining a firmly coupled state with the cloth cover.

여기서, SMA 스프링 다발의 이완시 신속한 이완을 위해 동 스프링 다발을 냉각시키는 것이 필요하며, 이러한 냉각을 위해 일면(가령 하피(420))은 에어포켓(air pocket) 구조로, 타면(가령, 상피(410))는 에어포켓을 통과한 냉각공기가 원활하게 외부로 빠져나갈 수 있는 메쉬 등의 다공성 구조로 이루어질 수 있다. Here, when the SMA spring bundle is relaxed, it is necessary to cool the copper spring bundle for rapid relaxation, and for this cooling, one side (eg, lower skin 420) has an air pocket structure, and the other side (eg, upper skin ( 410)) may be formed of a porous structure such as a mesh through which cooling air passing through the air pockets can smoothly escape to the outside.

도 6에 도시된 바와 같이, 에어포켓(620)은 가령, 두 겹의 옷감을 겹쳐서 제조될 수 있는 공기 주머니로서 한쪽 면 또는 양쪽 면에 복수의 공기 배출구(air hole; 622)들가 형성되어 유입된 공기를 샤워기처럼 분사할 수 있는 구조로 이루어진다. 이러한 공기 배출구(622)는 인위적으로 형성될 수도 있지만, 소재 자체의 특성(가령 다공성 소재)에 의하여 실질적으로 동일한 효과를 얻을 수도 있다. As shown in FIG. 6, the air pocket 620 is an air pocket that can be manufactured by overlapping two layers of fabric, for example, and has a plurality of air holes 622 formed on one or both sides of the air pocket. It consists of a structure that can spray air like a shower. The air outlet 622 may be artificially formed, but substantially the same effect may be obtained due to the characteristics of the material itself (for example, a porous material).

도 7에 도시된 바와 같이, SMA 스프링 다발이 배열된 (길이) 방향을 제1 방향이라고 한다면, 이러한 에어포켓으로부터 배출되는 공기는 제1 방향에 평행하지 않는 제2 방향(바람직하게는 직교하는 방향)으로 스프링 다발 전체 길이의 상당부에 걸쳐 분사되어 서로 접촉하는 구조로 이루어진다. 따라서, 종래에서와 같이 스프링의 길이방향과 동일한 방향으로 냉각공기가 흐르도록 한 경우 유동 하단부로 갈수록 냉각공기의 온도가 상승하게 되어 냉각효과가 줄어드는 문제점이 있었다. 본 실시예는 마치 샤워기에서 물이 분사되는 방식처럼 에어샤워(air shower) 형태의 냉각공기 유동구조를 채택하고 있으므로 이러한 문제를 해결할 수 있다. As shown in FIG. 7, if the (length) direction in which the SMA spring bundles are arranged is the first direction, the air discharged from these air pockets flows in a second direction (preferably perpendicular to the first direction) that is not parallel to the first direction. ), which is sprayed over a significant portion of the entire length of the spring bundle and consists of a structure in contact with each other. Therefore, when the cooling air flows in the same direction as the longitudinal direction of the spring as in the prior art, the temperature of the cooling air rises toward the lower end of the flow, resulting in a reduced cooling effect. Since the present embodiment adopts an air shower type cooling air flow structure like a method in which water is sprayed from a shower, this problem can be solved.

즉, 본 실시예에서의 냉각방식은 SMA 스프링 다발의 이완/수축을 방해하지 않는 구조로서, 에어포켓(620) 상부에는 공기 유입구(621)가 형성되어 있으며 이를 통해 외부 공기를 공급하고(외부공기 공급기는 팬이나 블로어 등이 될 수 있음), 공급된 공기가 에어포켓(620)을 통과하면서 다수의 공기 배출구(622)로 배출되며 SMA 스프링 다발을 에어샤워하면서 통과하며 강제대류냉각 후 맞은편 옷감커버 외피를 지나 외부로 빠져나가게 된다(도 9 참조). That is, the cooling method in this embodiment is a structure that does not interfere with the relaxation / contraction of the SMA spring bundle, and an air inlet 621 is formed on the upper part of the air pocket 620, through which external air is supplied (external air The supply can be a fan or a blower, etc.), the supplied air passes through the air pocket 620 and is discharged through a plurality of air outlets 622, and passes through the SMA spring bundle while showering, and after forced convection cooling, the fabric on the opposite side It passes through the cover shell and exits to the outside (see FIG. 9).

에어포켓(620)의 공기 배출구들(622)은 SMA 스프링 다발(100)에 공기가 고르게 분사될 수 있도록 고르게 형성될 수 있으며, 이완목적을 고려하여 동 스프링 다발이 수축된 상태에 대응하는 영역에 집중적으로 형성될 수도 있다.The air outlets 622 of the air pocket 620 may be evenly formed so that air can be evenly sprayed to the SMA spring bundle 100, and in consideration of the relaxation purpose, they are located in an area corresponding to the contracted state of the spring bundle. It can also be formed intensively.

아울러, 본체를 구성하는 상피 또는 하피를 에어포켓 구조로 구성하는 것으로 설명되었으나 기존의 본체 구조를 그대로 유지한 채 추가적으로 에어포켓이 설치될 수도 있다. In addition, although it has been described that the upper or lower skin constituting the main body is configured with an air pocket structure, additional air pockets may be installed while maintaining the existing main body structure.

도 9에 도시된 바와 같이, 제1, 제2 구동부와 같이 상하 두 개의 구동부를 구동시키고 이를 동시에 냉각하는 구조가 가능하다. 이 경우, 에어포켓(620)은 양면에 공기 배출구(622)가 형성되고 제1 및 제2 구동부들 사이에 배치되면 에어포켓 내부로 유입된 공기가 제1 및 제2 구동부들이 위치하는 면으로 동시에 배출된다. 유연 구동기의 양면(410, 420)은 에어포켓(620)으로부터 배출된 공기가 유연 구동기 외부로 빠져나갈 수 있는 메쉬 등 다공성 소재로 이루어진다. 결국 외부공기 공급기로부터 발생된 공기는 구동부를 직접 관통하여 흐르도록 구성된다. As shown in FIG. 9 , a structure that drives two upper and lower driving units like the first and second driving units and simultaneously cools them is possible. In this case, when the air pocket 620 has air outlets 622 formed on both sides and disposed between the first and second driving units, the air introduced into the air pocket is simultaneously directed to the surface where the first and second driving units are located. It is discharged. Both sides 410 and 420 of the flexible actuator are made of a porous material such as a mesh through which the air discharged from the air pocket 620 can escape to the outside of the flexible actuator. As a result, the air generated from the external air supplier is configured to flow directly through the driving unit.

한편, 앞서 예시적으로 설명한 상피와 하피는 서로 반대로(가령, 상피가 에어포켓 및 하피가 메쉬) 구성될 수도 있다. On the other hand, the epithelium and the hypothelium described exemplarily above may be configured opposite to each other (eg, the epithelium is an air pocket and the hypothelium is a mesh).

도 10은 본 발명에 의한 다른 실시예를 나타낸다. 본 실시예에서는, 구동부의 열반응 부재(100)를 냉각시키기 위한 공기가 열반응 부재의 배열 방향에 실질적으로 직교하는 방향으로 열반응 부재와 접촉한다는 기술 사상은 유지하면서, 냉각부인 외부공기 공급기(가령 팬; 610)가 유연구동기 본체의 일 측면에 직접 부착된 것을 특징으로 한다. 10 shows another embodiment according to the present invention. In this embodiment, while maintaining the technical idea that the air for cooling the heat reaction member 100 of the drive unit contacts the heat reaction member in a direction substantially orthogonal to the arrangement direction of the heat reaction member, the external air supply as a cooling unit ( For example, a fan; 610) is characterized in that it is directly attached to one side of the flexible motor body.

이러한 직교 방향으로의 접촉을 위하여, 외부공기 공급기(610)가 위치하는 영역과 구동부의 열반응 부재(100)가 위치하는 영역은 중첩되어야 한다. 효율적인 이완동작을 위하여 바람직하게는 외부공기 공급기(610)는 열반응 부재(100)가 수축된 상태에 대응하는 영역에 위치된다. For the contact in the orthogonal direction, the area where the external air supplier 610 is located and the area where the thermal response member 100 of the driving unit is located must overlap. For an efficient relaxation operation, the external air supplier 610 is preferably located in a region corresponding to the contracted state of the thermal response member 100 .

또한 원활한 공기 순환을 위하여, 유연 구동기의 양면(410, 420)은 외부공기 공급기(610)로부터 발생된 공기가 구동부를 직접 관통한 후 유연 구동기 외부로 빠져나갈 수 있는 다공성 소재로 이루어지는 것이 바람직하다. In addition, for smooth air circulation, both sides 410 and 420 of the flexible actuator are preferably made of a porous material through which air generated from the external air supplier 610 can escape to the outside of the flexible actuator after directly passing through the actuator.

결국, 도 10에 도시된 바와 같이, 강제대류 공기냉각을 위한 하나 이상의 냉각공기 공급용 팬(610)을 사용할 수 있으며, 한쪽 면에 냉각공기 공급용 팬을 부착하고, 팬에 의해 공급된 공기가 윗면 옷감 커버(400; 상피)를 지나 SMA 스프링 다발(100)을 통과하며 강제 대류냉각 후 아랫면 옷감 커버(400; 하피)를 지나 빠져나가게 된다. 경질의 팬이 옷감 커버인 본체에 부착되어 있기 때문에 SMA 스프링의 이완/수축 동작을 방해하지 않는다. As a result, as shown in FIG. 10, one or more cooling air supply fans 610 for forced convection air cooling may be used, a cooling air supply fan is attached to one side, and the air supplied by the fan is It passes through the upper cloth cover (400; upper skin), passes through the SMA spring bundle (100), and passes through the lower surface cloth cover (400; lower skin) after forced convection cooling. Since the rigid fan is attached to the main body, which is a cloth cover, it does not interfere with the relaxation/contraction action of the SMA spring.

3. 제어방법3. Control method

본 실시예에 따른 유연 구동기는 제어부, 전기공급부, 감지부 및 전원부를 더 포함할 수 있다.The flexible actuator according to the present embodiment may further include a control unit, an electricity supply unit, a sensing unit, and a power supply unit.

제어부는, 열반응 부재(100)가 수축 상태에서 이완 상태로, 또는 그 반대로 변경 작동될 수 있도록 열반응 부재(100)에 전기 공급 여부를 제어하도록 구성될 수 있다. The control unit may be configured to control whether electricity is supplied to the thermal response member 100 so that the thermal response member 100 can be changed from a contracted state to a relaxed state or vice versa.

구체적으로, 제어부는 전기공급부를 통해 열반응 부재(100)에 전기 공급 여부를 제어할 수 있다. 제어부가 전기공급부에 전기공급신호를 전달하면, 전기공급부는 열반응 부재(100)에 전류를 공급할 수 있다. 또한, 제어부가 전기공급부에 전기공급중단신호를 전달하면, 전기공급부는 열반응 부재(100)에 전류가 더 이상 흐르지 않도록 전류 공급을 중단할 수 있다. Specifically, the control unit may control whether electricity is supplied to the thermal response member 100 through the electricity supply unit. When the control unit transmits an electricity supply signal to the electricity supply unit, the electricity supply unit may supply current to the thermal response member 100 . In addition, when the control unit transmits an electricity supply stop signal to the electricity supply unit, the electricity supply unit may stop supplying current so that current does not flow to the thermal response member 100 any more.

이와 같은 전기 공급 여부 제어에 의하여 열반응 부재(100)에 전류가 공급되면 열이 발생되어 열반응 부재(100)가 수축되고, 전류 공급이 중단되면 온도가 감소되어 열반응 부재(100)가 이완된다. 이 때, 통상적으로 자연냉각에 의존할 경우 열반응 부재(100)의 이완 속도는 상대적으로 느리며, 앞서 설명한 냉각부(200)를 도입하여 열반응 부재의 이완 동작의 응답성을 향상시키고자 하였다.When current is supplied to the thermal reaction member 100 by controlling whether or not to supply electricity, heat is generated and the thermal reaction member 100 contracts, and when current supply is stopped, the temperature decreases and the thermal reaction member 100 relaxes. do. At this time, the relaxation rate of the thermal response member 100 is relatively slow when relying on natural cooling, and the responsiveness of the relaxation operation of the thermal response member is improved by introducing the cooling unit 200 described above.

전기공급부는 열반응 부재에 연결되어 열반응 부재에 전류를 공급하도록 구성된 전류 드라이버이며, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.The electricity supply unit is a current driver connected to the thermal response member and configured to supply current to the thermal response member, and a detailed description thereof will be omitted.

감지부는 착용자의 생체정보 또는 동작을 감지하도록 구성된 센서를 포함할 수 있다. 여기서, 생체정보는 근전도를 포함할 수 있다. 예를 들어, 감지부가 근전도 센서를 포함하는 경우, 상기 센서는 중량물의 파지, 이동, 및 지탱에 따라 착용자의 근육의 움직임 또는 동작(구체적으로, 수축 동작 또는 이완 동작)을 감지할 수 있다. 다른 예로서, 감지부는 음성센서를 포함할 수 있으며, 이 경우 센서는 착용자의 음성정보를 통해 현재 착용자의 행동, 상태, 요구사항 등을 입력 받도록 구성될 수 있다.The sensing unit may include a sensor configured to sense the wearer's biometric information or motion. Here, the biometric information may include EMG. For example, when the sensing unit includes an EMG sensor, the sensor may detect movement or motion (specifically, contraction or relaxation) of the wearer's muscles according to gripping, moving, or supporting a heavy object. As another example, the sensing unit may include a voice sensor, and in this case, the sensor may be configured to receive current wearer's behavior, status, requirements, and the like through voice information of the wearer.

또한, 감지부는 열반응 부재(100)의 변형을 감지하도록 구성된 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 감지부는 스트레인 게이지를 포함할 수 있다. 그리고, 감지부는 열반응 부재(100)의 온도를 감지하도록 구성된 센서를 포함할 수 있으며, 이는 이완 동작과 수축 동작을 반복하여 온도에 따른 팬 구동을 수행하는 마사지 장치 등에 유용하게 사용될 수 있다. Also, the sensing unit may include a sensor configured to detect deformation of the thermal response member 100 . For example, the sensing unit may include a strain gauge. The sensing unit may include a sensor configured to sense the temperature of the thermal response member 100, which may be usefully used in a massage device that drives a fan according to temperature by repeating a relaxation operation and a contraction operation.

전원부는 제어부, 전기공급부 및 감지부 중 적어도 하나에 전기를 공급하도록 구성될 수 있다.The power supply unit may be configured to supply electricity to at least one of the control unit, the electricity supply unit, and the sensing unit.

제어부는 감지부에서 감지되는 정보를 기초로 전기공급부가 열반응 부재로 공급하는 전류를 제어할 수 있다.The control unit may control current supplied from the electricity supply unit to the thermal response member based on information detected by the sensing unit.

예를 들어, 착용자가 팔을 굽히는 동작과 같이 열반응 부재의 수축이 요구되는 동작을 수행하는 경우, 감지부는 측정된 근전도 정보를 제어부로 전달할 수 있으며, 제어부는 근전도 정보를 기초로 착용자가 팔을 굽히려는 동작을 의도하고 있는 것으로 판단할 수 있다. 또한, 제어부는 착용자가 팔을 굽히는데 필요한 힘을 계산하여, 유연구동기(10)에서 출력되어야 하는 목표력을 산출할 수 있다. 그리고, 이를 구현하기 위해 제어부는 산출된 목표력이 출력되도록 전기공급부에서 열반응 부재에 공급하는 전류를 제어할 수 있다.For example, when the wearer performs an operation requiring contraction of the thermal response member, such as bending an arm, the sensor may transmit the measured EMG information to the controller, and the controller may move the wearer's arm based on the EMG information. It can be judged that the motion to bend is intended. In addition, the control unit may calculate a target force to be output from the flexible movement motor 10 by calculating the force required for the wearer to bend the arm. And, in order to implement this, the control unit may control the current supplied from the electricity supply unit to the thermal response member so that the calculated target force is output.

한편, 본 발명에 따른 유연구동기의 제어부는, 열반응 부재가 이완 상태로 변경될 때 상기 열반응 부재로의 전원 공급은 차단되고 냉각부로의 전원은 공급되도록 전기공급부를 제어할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 열반응 부재로의 전원 공급이 차단되어 온도가 감소되기 시작하여 열반응 부재는 이완되기 시작한다. 이와 함께, 냉각부로의 전원은 공급되어 팬 등의 냉각공기투입 장치가 작동되고 열반응 부재의 온도 감소가 가속됨에 따라 열반응 부재의 이완 속도가 증가될 수 있다. 이러한 유연구동기의 동작환경에 따라 냉각공기공급은 항상 on 상태를 유지할 수도 있다. Meanwhile, the control unit of the induction motor according to the present invention may control the electricity supply unit so that when the thermal response member is changed to a relaxed state, power supply to the thermal response member is cut off and power is supplied to the cooling unit. According to this configuration, the supply of power to the heat responsive member is cut off and the temperature starts to decrease, and the heat responsive member starts to relax. In addition, as power is supplied to the cooling unit, a cooling air input device such as a fan is operated, and a temperature decrease of the thermal response member is accelerated, a relaxation rate of the thermal response member may be increased. Depending on the operating environment of the induction motor, the supply of cooling air may always be maintained in an on state.

웨어러블 로봇wearable robot

이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 유연구동기를 포함하는 웨어러블 로봇(또는 근력 증강용 의봇)에 대하여 설명하도록 한다.Hereinafter, a wearable robot (or an artificial bot for muscle strength enhancement) including a flexible research motivation according to an embodiment of the present invention will be described.

본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 로봇은 의복 본체(20)와, 의복 본체(20)에 연결되는 옷감형 유연구동기(10)를 포함할 수 있다. 옷감형 유연구동기(10)에 대하여는 전술하였으므로 중복 설명은 생략한다.A wearable robot according to an embodiment of the present invention may include a clothing body 20 and a cloth-type flexible motor 10 connected to the clothing body 20 . Since the cloth-type flexible motor 10 has been described above, redundant description will be omitted.

의복 본체(20)는 근력 증강용 의복의 베이스를 이루는 부분으로, 여기에서는 상의를 예로 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 하의에 적용될 수도 있다. The clothing main body 20 is a part constituting the base of the clothing for increasing muscle strength, and here, an upper garment is described as an example, but is not limited thereto, and may be applied to lower garments.

의복 본체(20)는 내피 및 외피를 포함할 수 있으며, 옷감형 유연구동기(10)는 예시적으로 내피 및 외피 사이에 마련될 수 있다. 특히, 옷감형 유연구동기(10)는 의복 본체 상에서 착용자 신체의 관절에 대응되는 위치 부근에 배치될 수 있다.The clothing body 20 may include an inner skin and an outer skin, and the cloth-type flexible motor 10 may be illustratively provided between the inner skin and the outer skin. In particular, the cloth-type flexible motor 10 may be disposed in the vicinity of a position corresponding to the joint of the wearer's body on the clothing body.

의복 본체(20)는 제1 및 제2 신체고정부를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 신체고정부는 의복 본체(20)에서 관절이 대응되는 위치를 기준으로 서로 반대편에 각각 배치될 수 있다. 예를 들어, 관절이 팔꿈치인 경우, 제1 신체고정부는 상박에 대응되는 부분이며, 제2 신체고정부는 하박에 대응되는 부분일 수 있다.The clothing body 20 may include first and second body fixing parts. The first and second body fixing parts may be disposed on opposite sides of each other based on positions corresponding to the joints in the clothing body 20 . For example, when the joint is an elbow, the first body fixing part may be a part corresponding to the upper arm, and the second body fixing part may be a part corresponding to the lower arm.

이때, 유연구동기의 일 측은 제1 신체고정부에 고정되고, 유연구동기의 타 측은 의복 본체의 제2 신체고정부에 고정될 수 있다. At this time, one side of the loose motive may be fixed to the first body fixing part, and the other side of the loose motive may be fixed to the second body fixing part of the clothing body.

한편, 제1 및 제2 신체고정부는 밴드를 포함할 수 있고, 밴드는 착용자의 팔을 감싸, 인공 근육이 착용자의 팔에 밀착되거나, 제1 및 제2 신체고정부가 착용자의 신체 상에서 이동되지 않고 고정되도록 할 수 있다.Meanwhile, the first and second body fixing parts may include a band, and the band wraps around the wearer's arm so that the artificial muscle adheres to the wearer's arm, or the first and second body fixing parts do not move on the wearer's body. can be fixed.

본 발명의 웨어러블 로봇은, 착용자의 동작을 감지하도록 구성된 센서를 포함하고, 웨어러블 로봇의 제어부는 센서가 착용자의 이완 동작을 감지하는 경우, 열반응 부재로의 전원 공급은 차단되고 냉각부로의 전원은 공급되도록 전기공급부를 제어할 수 있다. The wearable robot of the present invention includes a sensor configured to detect a wearer's motion, and when the sensor detects the wearer's relaxation motion, the power supply to the thermal response member is cut off and the power to the cooling unit is turned off. It is possible to control the electricity supply unit so that it is supplied.

본 발명의 실시예에 의한 웨어러블 로봇은 한 쌍의 제1 및 제2 옷감형 유연구동기를 포함할 수 있다. 착용자가 웨어러블 로봇을 착용하면, 제1 및 제2 옷감형 유연구동기가 팔(또는 다리)의 내측 및 외측에 위치되도록 제1 및 제2 옷감형 유연구동기는 각각 서로 마주보도록 배치될 수 있다. A wearable robot according to an embodiment of the present invention may include a pair of first and second cloth-type oscillators. When the wearer wears the wearable robot, the first and second cloth-type fluid actuators may be disposed to face each other so that the first and second cloth-type fluid actuators are positioned inside and outside of the arm (or leg).

여기서, 본 발명의 웨어러블 로봇의 제어부는, 착용자의 기 설정된 동작, 예를 들어, 팔(또는 다리)이 굽혀지는 동작이 감지되는 경우 제1 옷감형 유연구동기는 수축하고, 및/또는 제2 옷감형 유연구동기는 이완하도록 구성될 수 있다. 즉, 제어부는 제1 옷감형 유연구동기의 열반응 부재에는 전원이 공급되도록 전기공급부를 제어하고, 및/또는 제2 옷감형 유연구동기의 열반응 부재에는 전원 공급이 차단되고 동시에 제2 옷감형 유연구동기의 냉각부에는 전원이 공급되도록 전기공급부를 제어할 수 있다.Here, the control unit of the wearable robot of the present invention contracts the first cloth-type flexible motor when a predetermined motion of the wearer, for example, a motion of bending an arm (or leg) is detected, and/or the second cloth The mold release motor can be configured to relax. That is, the control unit controls the electricity supply so that power is supplied to the thermal reaction member of the first cloth-type flexible actuator, and/or the power supply is cut off to the thermal reaction member of the second cloth-type flexible actuator, and at the same time, the second cloth-type flexible actuator is supplied. The electricity supply unit may be controlled so that power is supplied to the cooling unit of the actuator.

마사지 장치massage device

이하에서는, 도 11 및 도 12를 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 마사지 장치에 대하여 설명하도록 한다. 옷감형 구동기의 양단을 연결하여, 종아리, 팔목, 허리 등을 조이고 풀어주는 마사지 장치에 해당한다. Hereinafter, with reference to FIGS. 11 and 12, a massage device according to an embodiment of the present invention will be described. Corresponds to a massage device that tightens and loosens calves, wrists, and waist by connecting both ends of a cloth-type actuator.

본 발명의 일 실시예에 따른 마사지 장치(30)는, 적어도 하나의 탄성 밴드(610, 620) 및 탄성 밴드에 연결되는 옷감형 유연구동기(10)를 포함할 수 있다. 옷감형 유연구동기에 대하여는 전술하였으므로 중복 설명은 생략한다.Massage device 30 according to an embodiment of the present invention may include at least one elastic band (610, 620) and a cloth-type flexible actuator 10 connected to the elastic band. Since the cloth-type flow motor has been described above, redundant description will be omitted.

도 11을 참고하면, 제1 및 제2 탄성밴드(31, 32) 각각은 유연구동기(10)의 본체의 일 측 및 타 측에 각각 연결될 수 있다. 여기서, 제1 탄성밴드(31)의 일 측에는 제어부 및/또는 전원부(33)이 연결될 수 있다. 또한, 제2 탄성밴드(32)의 일 측에는 전원 커넥터(33b)가 형성되며, 이는 전원부(33)에 형성된 또 다른 커넥터(33a)에 결합 가능하도록 이루어질 수 있다. 즉, 이와 같은 구조에 의하면 전원 커넥터들(33a, 33b)이 연결되면 전원부(33)로부터 열반응 부재(100)로의 전원 공급이 가능해진다.Referring to FIG. 11 , each of the first and second elastic bands 31 and 32 may be connected to one side and the other side of the main body of the flexible actuator 10, respectively. Here, a control unit and/or a power supply unit 33 may be connected to one side of the first elastic band 31 . In addition, a power connector 33b is formed on one side of the second elastic band 32, which can be coupled to another connector 33a formed in the power supply unit 33. That is, according to this structure, when the power connectors 33a and 33b are connected, power can be supplied from the power source 33 to the thermal reaction member 100 .

도 12의 (a) 및 (b)는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 마사지 장치의 작동에 따른 이완 및 수축 상태를 각각 나타낸다. 12 (a) and (b) respectively show relaxation and contraction states according to the operation of the massage device according to an embodiment of the present invention.

동 장치의 제어기는, 옷감형 구동기 내부의 SMA 스프링의 온도측정 센서를 통해 온도 제어를 하면서 공급전류량을 조절함으로써 SMA 스프링의 수축력을 조절하여 마사지 부위의 조임력을 조절한다.The controller of the device adjusts the contraction force of the SMA spring by controlling the amount of supply current while controlling the temperature through the temperature sensor of the SMA spring inside the cloth-type actuator, thereby adjusting the tightening force of the massage part.

그리고, 동 제어기는, 마사지 장치의 조임-풀림 타이밍에 따라 SMA 스프링 다발에 전류 공급 on-off, 냉각공기 공급의 on-off를 조절한다. 구체적으로, ① 마사지 풀림 상태에서는 SMA 스프링 다발의 전류공급을 off, 냉각공기공급을 off로, ② 마사지 풀림에서 조임 상태로 전환시 SMA 스프링 다발의 전류공급을 on, 냉각공기공급을 off로, ③ 마사지 조임에서 풀림 상태로 전환시 SMA 스프링 다발의 전류공급을 off, 냉각공기공급을 on으로 한다. And, the controller controls the on-off of the supply of current and the supply of cooling air to the SMA spring bundle according to the timing of tightening and loosening the massage device. Specifically, ① in the massage loosening state, the current supply of the SMA spring bundle is turned off and the cooling air supply is turned off, ② when the massage is switched from loosening to tightening state, the current supply of the SMA spring bundle is turned on and the cooling air supply is turned off, ③ When switching from massage tightening to loosening state, the current supply of the SMA spring bundle is turned off and the cooling air supply is turned on.

동작환경이나 방식에 따라 냉각공기공급은 항상 on 상태를 유지할 수도 있다. Depending on the operating environment or method, the cooling air supply may always remain on.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with limited examples and drawings, those skilled in the art can make various modifications and variations from the above description. For example, the described techniques may be performed in an order different from the method described, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. may be combined or combined in a different form than the method described, or other components may be used. Or even if it is replaced or substituted by equivalents, appropriate results can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims are within the scope of the following claims.

1 유연구동기 조립체
10 유연구동기
100 열반응 부재/SMA 스프링 다발
200 전극/전도성 패드
400 외피/본체
500 추가 옷감
600 냉각부
610 외부공기공급기 620 에어포켓
621 공기 유입구 622 공기 배출구
20 웨어러블장치용 의복
30 마사지장치
1 Flexible motor assembly
10 Research Motivation
100 thermal response member/SMA spring bundle
200 electrodes/conductive pad
400 shell/body
500 extra cloth
600 cooling section
610 External air supply 620 Air pocket
621 air inlet 622 air outlet
20 Clothing for Wearable Devices
30 massage device

Claims (18)

유연 구동기로서,
제1 방향으로 배열된 열반응 부재를 포함하는 구동부;
상기 구동부의 열반응 부재를 냉각시키기 위하여, 상기 제1 방향에 실질적으로 직교하는 제2 방향으로 상기 열반응 부재와 접촉하는 공기를 공급하도록 구성된 냉각공기 공급용 팬(fan); 및
상기 구동부와 상기 팬으로의 전원 공급을 제어하도록 구성된 제어부를 포함하고,
상기 팬은 상기 구동부의 일측에 부착되고 상기 팬에 의해 공급된 공기는 상기 열반응 부재를 냉각한 후 상기 유연구동기의 외부로 배출되되, 상기 공기가 유연구동기의 외부로 배출되는 방향은 상기 제2 방향인 것을 특징으로 하는,
유연구동기.
As a flexible actuator,
a driving unit including thermal reaction members arranged in a first direction;
a cooling air supply fan configured to supply air in contact with the thermal response member in a second direction substantially orthogonal to the first direction to cool the thermal response member of the drive unit; and
A control unit configured to control power supply to the driving unit and the fan;
The fan is attached to one side of the drive unit, and the air supplied by the fan is discharged to the outside of the induction motor after cooling the thermal reaction member, and the direction in which the air is discharged to the outside of the induction motor is the second Characterized in that the direction
motivation for research.
열반응 부재를 포함하는 구동부;
상기 구동부의 열반응 부재가 차지하는 영역에 걸쳐 에어샤워 형식의 공기 흐름을 제공하는 냉각부; 및
상기 구동부와 상기 냉각부로의 전원 공급을 제어하도록 구성된 제어부를 포함하고,
상기 냉각부는,
외부공기 공급기; 및
상기 외부공기 공급기로부터 발생된 공기를 상기 열반응 부재 측으로 배출하도록 구성된 유연한 옷감형 소재의 에어포켓을 포함하는,
유연구동기.
a driving unit including a thermal response member;
a cooling unit providing an air shower-type air flow over an area occupied by the thermal response member of the driving unit; and
A control unit configured to control power supply to the driving unit and the cooling unit;
the cooling unit,
fresh air supply; and
Including an air pocket made of a flexible cloth-like material configured to discharge the air generated from the external air supply toward the heat reaction member.
motivation for research.
삭제delete 제2 항에 있어서,
상기 에어포켓은,
상기 외부공기 공급기로부터 공급된 공기를 상기 에어포켓 내부로 유입하도록 구성된 공기 유입구; 및
상기 에어포켓 내부로 유입된 공기를 상기 열반응 부재가 위치하는 면으로 배출하도록 구성된 공기 배출구를 포함하는,
유연구동기.
According to claim 2,
The air pocket,
an air inlet configured to introduce air supplied from the external air supplier into the air pocket; and
And an air outlet configured to discharge the air introduced into the air pocket to a surface where the thermal response member is located.
motivation for research.
제4 항에 있어서,
상기 공기 배출구는 상기 열반응 부재에 직교하는 방향으로 배향된 복수의 공기 구멍(air hole)을 포함하는,
유연구동기.
According to claim 4,
The air outlet includes a plurality of air holes oriented in a direction orthogonal to the thermal reaction member.
motivation for research.
제5 항에 있어서,
상기 복수의 공기 구멍은 상기 열반응 부재가 수축된 상태에 대응하는 영역에 형성된,
유연구동기.
According to claim 5,
The plurality of air holes are formed in a region corresponding to a state in which the thermal response member is contracted.
motivation for research.
제2 항에 있어서,
상기 에어포켓은 상기 유연 구동기의 일면으로 기능하며, 상기 유연 구동기의 타면은 에어포켓으로부터 배출된 공기가 유연 구동기 외부로 빠져나갈 수 있는 다공성 소재로 이루어지는,
유연구동기.
According to claim 2,
The air pocket functions as one side of the flexible actuator, and the other surface of the flexible actuator is made of a porous material through which air discharged from the air pocket can escape to the outside of the flexible actuator.
motivation for research.
제2 항에 있어서,
상기 구동부는 제1 구동부와 제2 구동부를 포함하고,
상기 에어포켓은 상기 제1 및 제2 구동부들 사이에 배치되어 상기 에어포켓 내부로 유입된 공기가 상기 제1 및 제2 구동부들이 위치하는 면으로 동시에 배출되는,
유연구동기.
According to claim 2,
The driving unit includes a first driving unit and a second driving unit,
The air pocket is disposed between the first and second driving units so that the air introduced into the air pocket is simultaneously discharged to the surface where the first and second driving units are located.
motivation for research.
제8 항에 있어서,
상기 유연 구동기의 양면은 상기 에어포켓으로부터 배출된 공기가 상기 유연 구동기 외부로 빠져나갈 수 있는 다공성 소재로 이루어지는,
유연구동기.
According to claim 8,
Both sides of the flexible actuator are made of a porous material through which the air discharged from the air pocket can escape to the outside of the flexible actuator.
motivation for research.
제1 항에 있어서,
상기 팬이 위치하는 영역과 상기 구동부의 열반응 부재가 위치하는 영역은 중첩되는,
유연구동기.
According to claim 1,
The region where the fan is located overlaps the region where the thermal response member of the drive unit is located.
motivation for research.
제10 항에 있어서,
상기 유연 구동기의 양면은 상기 팬에 의해 발생된 공기가 상기 구동부를 직접 관통한 후 상기 유연 구동기 외부로 빠져나갈 수 있는 다공성 소재로 이루어지는,
유연구동기.
According to claim 10,
Both sides of the flexible actuator are made of a porous material through which the air generated by the fan can escape to the outside of the flexible actuator after directly passing through the drive unit.
motivation for research.
제10 항에 있어서,
상기 팬은 상기 열반응 부재가 수축된 상태에 대응하는 영역에 위치되는,
유연구동기.
According to claim 10,
The fan is located in a region corresponding to a state in which the thermal response member is contracted.
motivation for research.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 열반응 부재는 복수의 미세 직경 SMA 와이어로 구성된 SMA 스프링 다발을 포함하는,
유연구동기.
According to claim 1 or 2,
The thermally responsive member comprises an SMA spring bundle composed of a plurality of fine diameter SMA wires.
motivation for research.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 온도 변화에 따라 수축 상태와 이완 상태 사이에서 변경 가능하도록 구성된 열반응 부재;
상기 열반응 부재를 냉각시키기 위한 공기를 제공하도록 구성된 냉각부; 및
상기 열반응 부재와 냉각부를 제어하도록 구성된 제어부를 포함하는 유연구동기의 제어방법으로서,
상기 냉각부의 공기 흐름방향은 상기 열반응 부재의 배열방향에 직교하고,
상기 열반응 부재를 냉각한 공기는 상기 유연구동기의 외부로 배출되되, 상기 공기가 외부 배출되는 방향은 상기 열반응 부재의 배열방향에 직교하는 방향이며,
상기 냉각부는,
- 상기 열반응 부재의 일측에 설치된 팬으로 구성되거나,
- 상기 열반응 부재가 차지하는 영역에 걸쳐 에어샤워 형식의 공기 흐름을 제공하는 옷감형 소재의 에어포켓으로 구성되는,
유연구동기의 제어방법.
a thermal response member configured to change between a contracted state and a relaxed state according to a temperature change;
a cooling unit configured to provide air for cooling the thermally responsive member; and
A control method of an induction motor comprising a control unit configured to control the thermal response member and the cooling unit,
The air flow direction of the cooling unit is orthogonal to the arrangement direction of the thermal reaction member,
The air cooling the heat reaction member is discharged to the outside of the induction motor, and the direction in which the air is discharged to the outside is a direction perpendicular to the arrangement direction of the heat reaction member,
the cooling unit,
- Consisting of a fan installed on one side of the thermal reaction member,
-Consisting of air pockets of a cloth-like material providing an air shower-type air flow over the area occupied by the thermally responsive member,
Control method of flexible research motivation.
삭제delete
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