KR20060075651A - Precision actuating device of 3 degree of freedom - Google Patents
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Abstract
본 발명은 3 자유도 미소변위 구동장치에 관한 것으로, 이 3 자유도 미소변위 구동장치(1)는 압전세라믹으로 이루어진 제1 미소이동수단(2)과 마그네트로 이루어진 제1 작동매체(3)와 팬 구동 회전판(4) 및 팬 구동 베이스(5)로 이루어진 팬 운동부(6)와, 압전세라믹으로 이루어진 제2 미소이동수단(7)과 마그네트로 이루어진 제2 작동매체(8)와 틸트 구동 회전판(9) 및 틸트 구동 베이스(10)로 이루어진 틸트 운동부(11)와, 직선 구동 지그(12)와 압전세라믹으로 이루어진 제3 미소이동수단(13)과 마그네트로 이루어진 제3 작동매체(14) 및 직선 구동 샤프트(15)로 이루어진 직선 운동부(16)를 포함하여 구성된 것으로, 상기 3 자유도 미소변위 구동장치는 일련의 구동장치들이 상호간에 연동되게 연결설치됨으로써 백래시를 감소시키고, 이에 따라 나노미터 정도로 정밀하게 3 자유도 구동을 수행할 수 있으며, 상기 구동원이 압전세라믹으로 이루어져 장치의 정밀한 구동이 가능하고, 압전세라믹을 통한 구동장치의 연속구동으로 보다 넓은 작업공간을 확보할 수 있는 것이다.The present invention relates to a three-degree-of-freedom microdisplacement drive device, wherein the three-degrees-of-freedom microdisplacement drive device (1) includes a first micro-movement means (2) made of piezoelectric ceramic and a first working medium (3) made of magnet. A fan moving part 6 consisting of a fan drive rotating plate 4 and a fan drive base 5, a second working medium 8 formed of a piezoelectric ceramic, a second working medium 8 formed of a magnet, and a tilt drive rotating plate ( 9) and the tilt movement unit 11 formed of the tilt drive base 10, the third micro-movement means 13 made of the linear drive jig 12 and the piezoelectric ceramic, and the third working medium 14 made of the magnet and the straight line. It comprises a linear motion portion 16 consisting of a drive shaft 15, the three degrees of freedom micro-displacement drive device is a series of drive devices are installed in conjunction with each other to reduce the backlash, and accordingly nanometer precision To 3 DOF it can also perform the operation, and to which the drive source can be made up of a piezoelectric ceramic, and can be a precise drive of the apparatus, ensure a suitable working area than a continuous drive of the drive device through the piezoelectric ceramic.
3 자유도, 미소, 변위, 팬, 틸트, 직선, 압전세라믹, 마그네트3 degrees of freedom, micro, displacement, pan, tilt, straight, piezoceramic, magnet
Description
도 1은 본 발명에 따른 3 자유도 미소변위 구동장치를 나타낸 사시도,1 is a perspective view showing a three-degree of freedom microdisplacement drive device according to the present invention;
도 2는 본 발명에 따른 팬 운동부의 작동상태를 나타낸 상태도,Figure 2 is a state diagram showing the operating state of the fan movement unit according to the present invention,
도 3은 본 발명에 따른 틸트 운동부의 작동상태를 나타낸 상태도,Figure 3 is a state diagram showing the operating state of the tilt movement unit according to the present invention,
도 4는 본 발명에 따른 직선 운동부의 작동상태를 나타낸 상태도이다.Figure 4 is a state diagram showing the operating state of the linear motion portion according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
1 : 3 자유도 미소변위 구동장치 2 : 제1 미소이동수단1: 3 degrees of freedom microdisplacement drive device 2: First micro movement means
3 : 제1 작동매체 4 : 팬 구동 회전판3: first working medium 4: fan drive rotary plate
5 : 팬 구동 베이스 6 : 팬 운동부5: fan drive base 6: fan drive
7 : 제2 미소이동수단 8 : 제2 작동매체7: second micro moving means 8: second working medium
9 : 틸트 구동 회전판 10 : 틸트 구동 베이스9: tilt drive rotary plate 10: tilt drive base
11 : 틸트 운동부 12 : 직선 구동 지그11: tilt movement part 12: linear drive jig
13 : 제3 미소이동수단 14 : 제3 작동매체13: third micro moving means 14: third working medium
15 : 직선 구동 샤프트 16 : 직선 운동부15
17 : 고정부재17: fixing member
본 발명은 작은 전압으로 큰 미는 힘을 얻을 수 있도록 된 3 자유도 미소변위 구동장치에 관한 것으로, 특히 장치의 정밀한 구동을 위해 압전세라믹을 구동원으로 사용함으로서 3 자유도 미세변위구동을 할 수 있게 됨과 압전세라믹을 통한 연속구동으로 보다 넓은 작업공간을 확보할 수 있도록 된 3 자유도 미소변위 구동장치에 관한 것이다.The present invention relates to a three-degree-of-freedom microdisplacement drive device capable of obtaining a large pushing force with a small voltage. In particular, by using a piezoelectric ceramic as a driving source for precise driving of the device, three-degree-of-freedom fine displacement drive can be performed. The present invention relates to a three-degree-of-freedom microdisplacement drive device capable of securing a wider working space through continuous driving through piezoelectric ceramics.
최근 정보기술(IT)이나 생명공학기술(BT) 또는 나노기술(NT) 등의 신산업은 미세화, 초정밀화하는 경향으로 흘러가고 있으며, 신산업 시장이 형성됨에 따라 이들 제품을 생산, 가공할 수 있는 초정밀 생산 시스템의 사용 여부가 경쟁력 확보의 핵심 요소가 되어 가고 있으며, 특히 게놈 프로젝트와 더불어 관심을 모으고 있는 BT 분야에서도 DNA의 크기가 3nm-4nm, 리보솜 100nm 이하, 가장 큰 일반세포도 10㎛ 정도로 미세하여 이들을 다루고 조작하려면 초정밀 기기가 필요하며, NT산업에서도 나노 크기의 구조물을 다루고 측정하기 위한 초정밀 기구의 필요성이 증대되고 있는 실정이다. Recently, new industries such as information technology (IT), biotechnology (BT), or nanotechnology (NT) are moving toward the trend of miniaturization and super precision, and as the new industrial market is formed, ultra precision that can produce and process these products The use of a production system is becoming a key factor in securing competitiveness. Especially in the BT field, which is attracting attention along with the genome project, the size of DNA is 3nm-4nm, ribosomal less than 100nm, and the largest general cells are as small as 10㎛. Ultra precision instruments are needed to handle and manipulate them, and the need for ultra precision instruments for handling and measuring nanoscale structures is increasing in the NT industry.
따라서, NT, BT, IT 등과 관련된 초정밀 기기에 필요한 마이크로 부품의 조립을 위해서는 초소형 로봇이 필요하며, 상기 초소형 로봇의 핵심 부품으로 머니퓰레이터와 같은 3 자유도 미소변위 구동장치가 있다.Therefore, a micro robot is required for assembling micro parts required for ultra-precision devices related to NT, BT, IT, and the like. There are three degrees of freedom microdisplacement driving devices such as manipulators as core components of the micro robot.
상기 머니퓰레이터와 같은 3 자유도 미소변위 구동장치는 마이크로미터 단위 크기로 아주 미세한 물체를 집는 초소형 그리퍼 등의 위치를 정밀하게 제어할 수 있는 장치로서, 마이크로 부품을 핸들링 하기 위한 핵심부품으로 사용된다.The three-degree-of-freedom microdisplacement drive device, such as the manipulator, is a device capable of precisely controlling the position of a micro gripper such as a micrometer that picks up a very small object, and is used as a core component for handling micro components.
특히, 나노 스케일 정도로 미세하게 제어가 요구되는 3 자유도 미소변위 구동장치는 광 스위치(Optical switch), 평판소자(planar device) 뿐만 아니라, 최근에 관심이 고조되어 가고 있는 바이오 물질 및 나노 스케일의 물질을 핸들링 하기 위해서 필수적인 장치로 부각되고 있는 것이다.In particular, the three-degree-of-freedom microdisplacement drive device that needs to be controlled at the nanoscale level is not only optical switches and planar devices, but also bio- and nano-scale materials, which have recently been gaining attention. It is emerging as an essential device for handling.
그런데, 최근까지 개발된 머니퓰레이터와 같은 3 자유도 미소변위 구동장치는 정밀도가 수 마이크로미터(㎛)에 그치고 있어 전술한 바이오 분야 등에 효율적으로 이용하기 위해서는 나노미터 정도로 좀 더 정밀하게 개량된 구동장치가 필요한 실정이다.However, the three-degree-of-freedom microdisplacement drive device, such as the manipulator developed until recently, has a precision of only a few micrometers (μm). It is necessary.
또한, 종래의 3 자유도 미소변위 구동장치는 그 구동원으로 DC모터의 회전운동을 직선운동으로 변환시키는 장치를 사용함으로써 백래시의 발생에 의한 구동장치의 정밀도 감소를 초래하는 단점이 있었다.In addition, the conventional three-degree of freedom microdisplacement drive device has a disadvantage in that the drive source causes a reduction in the precision of the drive device due to the occurrence of backlash by using a device for converting the rotational motion of the DC motor into a linear motion.
이에 본 발명은 상기한 바의 제반 사정을 감안하여 안출된 것으로, 장치의 정밀한 구동을 위해 압전세라믹을 구동원으로 사용함으로서 3 자유도 미세변위구동을 할 수 있게 됨과 더불어 압전세라믹을 통한 연속구동으로 보다 넓은 작업공간을 확보할 수 있도록 된 3 자유도 미소변위 구동장치를 제공함에 그 목적이 있는 것이다.Accordingly, the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and by using a piezoelectric ceramic as a driving source for precise driving of the device, it is possible to perform three degrees of freedom microdisplacement driving and also to continuous driving through piezoelectric ceramics. The purpose is to provide a three-degree-of-freedom microdisplacement drive device that can secure a large work space.
상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 외부로부터 인가되는 전압에 따라 그 선단부가 팽창 또는 수축됨으로써 전후진 작동을 하도록 된 원통형의 제1 미소이동수단과, 이 제1 미소이동수단의 선단부에 연결되어 제1 미소이동수단의 작동에 따라 이동되는 제1 작동매체와, 이 제1 작동매체의 하부에 회전가능한 상태로 설치되어 제1 작동매체의 움직임에 따라 회전되는 원판형의 팬 구동 회전판 및, 이 팬 구동 회전판의 하부에 베어링을 매개로 수평되게 고정설치된 팬 구동 베이스로 이루어진 팬 운동부;와, 이 팬 운동부의 일측에 설치되어 외부로부터 인가되는 전압에 따라 그 선단부가 팽창 또는 수축됨으로써 전후진 작동을 하도록 된 원통형의 제2 미소이동수단과, 이 제2 미소이동수단의 선단부에 연결되어 제2 미소이동수단의 작동에 따라 이동되는 제2 작동매체와, 이 제2 작동매체의 일측에 회전가능한 상태로 설치되어 제2 작동매체의 움직임에 따라 회전되는 원판형의 틸트 구동 회전판 및, 이 틸트 구동 회전판의 일측에 베어링을 매개로 수직되게 고정설치된 틸트 구동 베이스로 이루어진 틸트 운동부;와, 이 틸트 운동부의 일측에 설치되어 직선운동하는 각종 부품이 고정되는 직선 구동 지그와, 이 직선 구동 지그의 후방에 삽입되어 외부로부터 인가되는 전압에 따라 그 선단부가 팽창 또는 수축됨으로써 전후진 작동을 하도록 된 원통형의 제3 미소이동수단과, 이 제3 미소이동수단의 선단부에 연결되어 제3 미소이동수단의 작동에 따라 이동되는 제3 작동매체 및, 이 제3 작동매체에 연결되어 제3 작동매체의 움직임에 따라 전후진 작동하는 직선 구동 샤프트로 이루어진 직선 운동부;를 포함하여 구성된 것이다.The present invention for achieving the above object, the first micro-moving means of the cylindrical to be moved forward and backward by the expansion or contraction of the tip in accordance with the voltage applied from the outside, and the tip of the first micro-movement means A first working medium connected to the first moving medium and moved in accordance with the operation of the first micro-moving means, and a disc-shaped fan-driven rotating plate installed in a rotatable state below the first working medium and rotating in accordance with the movement of the first working medium. And a fan driving unit comprising a fan driving base horizontally fixed to the lower part of the fan driving rotating plate by a bearing, and the front end of which is expanded or contracted according to a voltage applied from an outside of the fan driving unit. The second micro-moving means of cylindrical shape, which is configured to perform a true operation, and the tip of the second micro-movement means, A second actuating medium which is movable, a disc-shaped tilt drive rotating plate which is rotatably installed on one side of the second working medium, and rotates according to the movement of the second working medium, and a bearing is provided on one side of the tilt driving rotating plate. A tilt drive unit comprising a tilt drive base fixedly installed vertically with a straight line; a linear drive jig fixed to various parts installed on one side of the tilt drive and fixed in a linear motion; and a voltage applied to the rear of the linear drive jig and applied from the outside. And a third micro-moving means of cylindrical shape, the tip of which is expanded or contracted so as to move forward and backward, and a third working medium which is connected to the tip of the third micro-movement means and moves in accordance with the operation of the third micro-movement means. And a linear moving part connected to the third working medium, the linear driving shaft configured to move back and forth according to the movement of the third working medium. It is configured to include.
그리고, 상기 팬 운동부의 제1 미소이동수단과 상기 틸트 운동부의 제2 미소이동수단 및 상기 직선 운동부의 제3 미소이동수단이 압전세라믹으로 이루어진 것이다. The first micro-movement means of the fan movement portion, the second micro-movement means of the tilt movement portion, and the third micro-movement means of the linear movement portion are piezoelectric ceramics.
또한, 상기 팬 운동부의 제1 작동매체와 상기 틸트 운동부의 제2 작동매체 및 상기 직선 운동부의 제3 작동매체가 마그네트로 이루어진 것이다.In addition, the first operating medium of the pan moving part, the second operating medium of the tilt moving part, and the third operating medium of the linear moving part are made of a magnet.
한편, 상기 팬 운동부의 팬 구동 베이스 일측에 수직된 상태로 고정부재가 설치되어 이 고정부재의 상부에 상기 제1 미소이동수단이 삽입설치되고, 상기 틸트 운동부의 틸트 구동 베이스 일측에 수평된 상태로 고정부재가 설치되어 이 고정부재의 일측 선단부에 상기 제2 미소이동수단이 삽입설치된 것이다.On the other hand, a fixing member is installed in a state perpendicular to one side of the fan driving base of the fan moving part, and the first micro-moving means is inserted and installed in an upper portion of the fixing member, and in a state of being horizontal to the tilt driving base of the tilt moving part. The fixing member is installed so that the second micro-moving means is inserted into one end of the fixing member.
여기서, 상기 팬 운동부의 제1 미소이동수단에 전압이 인가되어 이 제1 미소이동수단의 선단부에 연결된 제1 작동매체가 이동하면서 상기 팬 구동 회전판을 회전시키고, 상기 제1 미소이동수단에 전압이 급격히 감소하면 상기 팬 구동 회전판에 관성력이 작용할 수 있도록 된 것이다.Here, a voltage is applied to the first micromoving means of the fan moving part to rotate the fan drive rotating plate while the first working medium connected to the distal end of the first micromoving means moves, and the voltage is applied to the first micromoving means. If the abrupt decrease is inertial force to act on the fan drive rotating plate.
상기 틸트 운동부의 제2 미소이동수단에 전압이 인가되어 이 제2 미소이동수단의 선단부에 연결된 제2 작동매체가 이동하면서 상기 틸트 구동 회전판을 회전시키고, 상기 제2 미소이동수단에 전압이 급격히 감소하면 상기 틸트 구동 회전판의 관성에 관성력이 작용할 수 있도록 된 것이다.A voltage is applied to the second micromovement means of the tilt movement part to rotate the tilt drive rotating plate while the second working medium connected to the distal end of the second micromovement means moves, and the voltage is rapidly reduced on the second micromovement means. When the inertial force is to act on the inertia of the tilt-driven rotating plate.
상기 직선 운동부의 제3 미소이동수단에 전압이 인가되어 이 제3 미소이동수단의 선단부에 연결된 제3 작동매체가 천천히 이동하면서 상기 직선 구동 샤프트를 이동시키고, 상기 제3 미소이동수단에 전압이 급격히 감소하면 상기 직선 구동 샤프트에 관성력이 작용할 수 있도록 된 것이다.A voltage is applied to the third minute moving means of the linear motion part to move the linear drive shaft while the third working medium connected to the distal end of the third minute moving means moves slowly, and the voltage is suddenly applied to the third minute moving means. If it decreases, the inertia force can act on the linear drive shaft.
즉, 상기의 구조로 이루어진 3 자유도 미소변위 구동장치는 직선 운동을 회전 운동으로 변환하는 팬 운동부와 틸트 운동부, 그리고 직선 운동을 하는 직선 운 동부로 구성되고, 상기 다수의 미소이동수단이 압전세라믹으로 이루어지며, 상기 다수의 작동매체가 마그네트로 이루어진 것에 그 특징이 있는 것이다.That is, the three-degree-of-freedom microdisplacement drive device having the above structure is composed of a pan movement part for converting linear motion into rotational motion, a tilt motion part, and a linear movement for linear motion, and the plurality of micro movement means are piezoelectric ceramics. It is made of, it is characterized in that the plurality of working medium is made of a magnet.
따라서, 작은 전압만으로도 큰 미는 힘을 얻을 수 있는 다수의 미소이동수단을 팬 구동원과 틸트 구동원 및 직선 구동원으로 각기 사용함과 아울러 일련의 구동장치들이 상호간에 연동되게 연결설치됨으로써 백래시를 감소시키고, 이에 따라 나노미터 정도로 정밀하게 3 자유도 구동을 수행할 수 있으며, 상기 구동원이 압전세라믹으로 이루어져 장치의 정밀한 구동이 가능하고, 압전세라믹을 통한 장치의 연속구동으로 보다 넓은 작업공간을 확보할 수 있는 것이다.Therefore, using a plurality of micro-movement means that can obtain a large pushing force even with a small voltage as a fan drive source, a tilt drive source and a linear drive source, respectively, and a series of drive devices are interlocked with each other to reduce the backlash, accordingly It is possible to perform three degrees of freedom driving as precise as nanometers, the drive source is made of a piezoceramic to enable precise driving of the device, it is possible to secure a wider working space by the continuous drive of the device through the piezoceramic.
이하 본 발명을 첨부된 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 3 자유도 미소변위 구동장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 팬 운동부의 작동상태를 도시한 상태도이며, 도 3은 본 발명에 따른 틸트 운동부의 작동상태를 도시한 상태도이고, 도 4는 본 발명에 따른 직선 운동부의 작동상태를 도시한 상태도이다.1 is a perspective view showing a three-degree-of-freedom microdisplacement drive device according to the present invention, Figure 2 is a state diagram showing the operating state of the fan movement unit according to the present invention, Figure 3 is an operating state of the tilt movement unit according to the
본 발명에 따른 3 자유도 미소변위 구동장치(1)는 외부 전압에 따라 그 선단부가 전후진 작동하는 제1 미소이동수단(2)과, 이 제1 미소이동수단(2)의 작동에 따라 이동되는 제1 작동매체(3)와, 이 제1 작동매체(3)의 하부에 회전가능한 상태로 설치된 팬 구동 회전판(4) 및, 이 팬 구동 회전판(4)의 하부에 베어링을 매개로 수평되게 고정설치된 팬 구동 베이스(5)로 이루어진 팬 운동부(6);와, 이 팬 운동부(6)의 일측에 설치되어 외부 전압에 따라 그 선단부가 전후진 작동을 하는 제2 미소이동수단(7)과, 이 제2 미소이동수단(7)의 작동에 따라 이동되는 제2 작동매체(8)와, 이 제2 작동매체(8)의 일측에 회전가능한 상태로 설치된 틸트 구동 회전판(9) 및, 이 틸트 구동 회전판(9)의 일측에 베어링을 매개로 수직되게 고정설치된 틸트 구동 베이스(10)로 이루어진 틸트 운동부(11);와, 이 틸트 운동부(11)의 일측에 설치되어 직선운동하는 각종 부품이 고정되는 직선 구동 지그(12)와, 이 직선 구동 지그(12)의 후방에 삽입되어 외부 전압에 따라 그 선단부가 전후진 작동을 하도록 된 제3 미소이동수단(13)과, 이 제3 미소이동수단(13)의 작동에 따라 이동되는 제3 작동매체(14) 및, 이 제3 작동매체(14)에 연결되어 제3 작동매체(14)의 움직임에 따라 전후진 작동하는 직선 구동 샤프트(15)로 이루어진 직선 운동부(16);를 포함하여 구성된 것이다.The three-degree-of-freedom
여기서, 상기의 구조로 이루어진 3 자유도 미소변위 구동장치(1)의 특징은 상기 팬 운동부(6)의 제1 미소이동수단(2)과 상기 틸트 운동부(11)의 제2 미소이동수단(7) 및 상기 직선 운동부(16)의 제3 미소이동수단(13)이 압전세라믹으로 이루어진 것과, 상기 팬 운동부(6)의 제1 작동매체(3)와 상기 틸트 운동부(11)의 제2 작동매체(8) 및 상기 직선 운동부(16)의 제3 작동매체(14)가 마그네트로 이루어진 것에 있는 것이다.Here, the three-degree-of-freedom small
즉, 상기 3 자유도 미소변위 구동장치(1)의 구조는 도 1에 도시된 바와 같이, 수평방향에서 직선운동을 회전운동으로 변환하는 상기 팬 운동부(6)는 그 선단부가 전후진 작동하는 제1 미소이동수단(2)과 이 제1 미소이동수단(2)의 선단부에 연결되어 전후진 작동하는 제1 작동매체(3)와 이 제1 작동매체(3)의 전후진으로 회 전되는 팬 구동 회전판(4) 및 이 팬 구동 회전판(4)을 하부에서 지지하는 팬 구동 베이스(5)로 이루어지고, 상기 팬 운동부(6)에 수직된 방향으로 설치되어 수직방향에서 직선운동을 회전운동으로 변환하는 상기 틸트 운동부(11)는 그 선단부가 전후진 작동하는 제2 미소이동수단(7)과 이 제2 미소이동수단(7)의 선단부에 연결되어 전후진 작동하는 제2 작동매체(8)와 이 제2 작동매체(8)의 전후진으로 회전되는 틸트 구동 회전판(9) 및 이 틸트 구동 회전판(9)을 하부에서 지지하는 틸트 구동 베이스(10)로 이루어지는 것이다.That is, the structure of the three degrees of freedom
또한, 상기 팬 운동부(6)의 팬 구동 베이스(5) 일측에 수직된 상태로 고정부재(17)가 설치되어 이 고정부재(17)의 상부에 상기 제1 미소이동수단(2)이 삽입설치되고, 상기 틸트 운동부(11)의 틸트 구동 베이스(10) 일측에 수평된 상태로 고정부재(17)가 설치되어 이 고정부재(17)의 일측 선단부에 상기 제2 미소이동수단(7)이 삽입설치된 것이다.In addition, the fixing
그리고, 상기 틸트 운동부(11)의 일측에 연결설치되어 수평방향으로 직선운동을 하는 직선 운동부(16)는 상기 제3 미소이동수단(13)과 제3 작동매체(14)와 직선 구동 샤프트(15) 등이 고정되는 직선 구동 지그(12)와, 이 직선 구동 지그(12)의 후방에 삽입되어 그 선단부가 전후진 작동하는 제3 미소이동수단(13)과 이 제3 미소이동수단(13)의 선단부에 연결되어 전후진 작동하는 제3 작동매체(14) 및 이 제3 작동매체(14)에 연결되어 제3 작동매체(14)의 움직임에 따라 전후진 작동하는 직선 구동 샤프트(15)로 이루어지는 것이다.In addition, the
그러므로, 본 발명에 따른 3 자유도 미소변위 구동장치(1)는 압전세라믹으로 이루어진 3개의 미소이동수단을 사용해 회전구동, 틸팅구동, 직선구동의 3 자유도 구동을 수행하고, 상기 3개의 미소이동수단에는 각각 마그네트로 이루어진 3개의 작동매체가 연결되는 것이다.Therefore, the three degrees of freedom
한편, 상기 팬 운동부(6)의 작동상태는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 팬 구동 베이스(5)와 팬 구동 회전판(4)이 베어링을 매개로 서로 결합된 상태에서 상기 제1 미소이동수단(2)에 전압이 천천히 인가되면, 제1 미소이동수단(2)의 선단부에 연결된 제1 작동매체(3)가 천천히 이동하면서 상기 팬 구동 회전판(4)을 회전시키고, 상기 제1 미소이동수단(2)에 전압이 급격히 감소하면 상기 팬 구동 회전판(4)의 관성 때문에 팬 구동 회전판(4)은 그 자리에 있으며, 상기 팬 구동 회전판(4)에 고정된 제1 작동매체(3)는 원래의 자리로 돌아오게 되어, 이러한 원리로 회전운동을 발생시키는 것이다.On the other hand, the operating state of the
또한, 상기 틸트 운동부(11)의 작동상태는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 틸트 구동 베이스(10)와 틸트 구동 회전판(9)이 베어링을 매개로 서로 결합된 상태에서 상기 제2 미소이동수단(7)에 전압이 천천히 인가되면, 제2 미소이동수단(7)의 선단부에 연결된 제2 작동매체(8)가 천천히 이동하면서 상기 틸트 구동 회전판(9)을 회전시키고, 상기 제2 미소이동수단(7)에 전압이 급격히 감소하면 상기 틸트 구동 회전판(9)의 관성 때문에 틸트 구동 회전판(9)은 그 자리에 있으며, 상기 틸트 구동 회전판(9)에 고정된 제2 작동매체(8)는 원래의 자리로 돌아오게 되어, 이러한 원리로 틸팅운동을 발생시키는 것이다.In addition, as shown in Figure 3, the operating state of the
그리고, 상기 직선 운동부(16)의 작동상태는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제3 미소이동수단(13)이 직선 구동 지그(12)에 고정된 상태에서 상기 제3 미소이동수단(13)에 전압이 천천히 인가되면, 제3 미소이동수단(13)의 선단부에 연결된 제3 작동매체(14)가 천천히 이동하면서 상기 직선 구동 샤프트(15)를 이동시키고, 상기 제3 미소이동수단(13)에 전압이 급격히 감소하면 상기 직선 구동 샤프트(15)의 관성 때문에 직선 구동 샤프트(15)는 그 자리에 있으며, 상기 직선 구동 샤프트(15)에 고정된 제3 작동매체(14)는 원래의 자리로 돌아오게 되어, 이러한 원리로 직선운동을 발생시키는 것이다.In addition, as shown in FIG. 4, the operating state of the
따라서, 상기와 같은 팬 운동부, 틸트 운동부, 직선 운동부를 이용하여 3 자유도의 미소변위를 구동하게 되는 것이다.Therefore, the micro-displacement of three degrees of freedom is driven by using the above-described pan moving part, tilt moving part and linear moving part.
이상에서 설명한 바와같이 본 발명에 따른 3 자유도 미소변위 구동장치에 의하면, 작은 전압만으로도 큰 미는 힘을 얻을 수 있는 다수의 미소이동수단을 팬 구동원과 틸트 구동원 및 직선 구동원으로 각기 사용함과 아울러 일련의 구동장치들이 상호간에 연동되게 연결설치됨으로써 백래시를 감소시키고, 이에 따라 나노미터 정도로 정밀하게 3 자유도 구동을 수행할 수 있으며, 상기 구동원이 압전세라믹으로 이루어져 장치의 정밀한 구동이 가능하고, 압전세라믹을 통한 장치의 연속구동으로 보다 넓은 작업공간을 확보할 수 있는 효과가 있는 것이다.As described above, according to the three-degree-of-freedom microdisplacement drive apparatus according to the present invention, a plurality of micro-movement means capable of obtaining a large pushing force even with a small voltage are used as a fan drive, a tilt drive source, and a linear drive source, respectively. The driving devices are interlocked with each other to reduce backlash, and thus, three degrees of freedom driving can be performed with a precision of about nanometers, and the driving source is made of piezoelectric ceramics to enable precise driving of the device. The continuous operation of the device through the effect that can secure a larger working space.
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CN114268241A (en) * | 2021-12-25 | 2022-04-01 | 西安交通大学 | Non-contact bidirectional high-stepping-precision linear displacement actuating device and actuating method thereof |
CN116587277A (en) * | 2023-06-01 | 2023-08-15 | 哈尔滨工业大学(深圳)(哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院) | Inertial piezoelectric driven planar three-degree-of-freedom mobile robot and driving method |
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2004
- 2004-12-28 KR KR1020040114472A patent/KR100609884B1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
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CN114268241A (en) * | 2021-12-25 | 2022-04-01 | 西安交通大学 | Non-contact bidirectional high-stepping-precision linear displacement actuating device and actuating method thereof |
CN114268241B (en) * | 2021-12-25 | 2023-10-24 | 西安交通大学 | Non-contact type bidirectional linear displacement actuating device and actuating method thereof |
CN116587277A (en) * | 2023-06-01 | 2023-08-15 | 哈尔滨工业大学(深圳)(哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院) | Inertial piezoelectric driven planar three-degree-of-freedom mobile robot and driving method |
CN116587277B (en) * | 2023-06-01 | 2023-12-01 | 哈尔滨工业大学(深圳)(哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院) | Inertial piezoelectric driven planar three-degree-of-freedom mobile robot and driving method |
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