KR20130018461A

KR20130018461A - 토크 구동 장치

Info

Publication number: KR20130018461A
Application number: KR1020110109890A
Authority: KR
Inventors: 왕현민
Original assignee: 주식회사 나름
Priority date: 2011-08-02
Filing date: 2011-10-26
Publication date: 2013-02-25
Also published as: WO2013018943A1; CN103702852A

Abstract

본 발명은 지평선과 수평인 수평 방향 회전축 상에 두 개의 구동모터가 서로 다른 방향으로 대칭을 이루도록 배치되고, 상기 각 구동모터의 구동축이 상기 수평 방향 회전축과 일치하도록 배치되며, 구동휠이 상기 각 구동축에 서로 대칭을 이루도록 일체로 형성된 구동부; 상기 구동부를 내부에 포함하는 원형의 몸체; 상기 몸체의 수직 방향 중심축과 상기 구동부의 수직 방향 중심축이 일치하고, 상기 몸체의 수평 방향 중심축과 상기 수평 방향 회전축이 일치하도록 상기 구동부를 상기 몸체 내부에 고정하는 구동부 고정대; 상기 각 구동휠의 회전을 방해하도록 상기 각 구동휠의 외주면에 등각을 이루며 방사 방향으로 돌출 형성되는 다수개의 휠 날개; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 토크 구동 장치에 관한 것이다.

Description

토크 구동 장치 {DERIVING APPARATUS BY TORQUE}

본 발명은 토크 구동 장치에 관한 것으로 특히 토크(torque)에 의해 구동하는 구동 장치에 관한 것이다.

도1은 종래기술에 의한 토크 구동 장치의 사시도를, 도2는 종래기술에 의한 토크 구동 장치의 전후진을 나타내는 사시도를, 도3은 종래기술에 의한 토크 구동 장치의 제자리 회전을 나타내는 사시도를 나타낸다.

도1을 참조하면 종래기술은 구동부(100), 몸체(400) 및 구동부 고정대(320)를 포함한다.

도1을 참조하면 구동부(100)는 지평선과 수평인 수평 방향 회전축(R) 상에 두 개의 구동모터(110)를 서로 다른 방향으로 대칭을 이루도록 배치하고, 각 구동모터(110)의 구동축(120)을 수평 방향 회전축(R)과 일치시키며, 구동축(120) 각각에 토크를 발생시키기 위한 구동휠(130)이 형성된다.

도1을 참조하면 몸체(400)는 원형으로 형성될 수 있다. 몸체(400)의 내부에는 구동부(100)가 설치된다. 한편, 원형의 몸체(400)는 좌우에 반구형의 커버(410)를 형성하여 구(sphere) 형태로 밀폐시킬 수 있다.

도1을 참조하면 구동부 고정대(320)는 바 형상으로 형성될 수 있다. 구동부 고정대(320)는 몸체(400)의 수직 방향 중심축과 구동부(100)의 수직 방향 중심축이 일치하고, 몸체(400)의 수평 방향 중심축과 수평 방향 회전축(R)이 일치하도록 구동부(100)를 몸체(400) 내부에 고정한다.

도1에 도시된 토크 구동 장치의 전후진은 도2에서 보는 바와 같이 두 개의 구동모터(110)가 구동축(120)을 통하여 각 구동휠(130)을 같은 방향으로 회전시키면 뉴턴의 작용과 반작용의 법칙에 근거한 역 토크가 발생하여 구동모터(110)의 하우징이 구동휠(130)이 회전하는 방향의 반대방향으로 회전하게 되고, 따라서 구동모터(110)에 고정된 몸체(400)도 회전하게 되어 전진을 할 수 있는 것이고 구동모터(110)에 의하여 구동휠(130)의 회전 방향을 바꾸면 후진을 할 수 있게 되는 것이다. 이러한 몸체의 전후진 운동을 본 명세서에서 구름 회전 운동이라 정의한다.

또한, 도3에서 보는 바와 같이 좌우 구동모터(110)가 각 구동휠(130)을 각각 다른 방향으로 회전시키면 좌우 구동모터(110) 각각에 방향이 서로 반대인 역 토크가 발생하므로, 몸체(400)는 전후진은 되지 않고 몸체(400)의 수직 방향 중심축을 기준으로 제자리에서 회전하게 되는 것이다. 본 명세서에서 이러한 수직 방향 중심축을 기준으로 회전하는 몸체의 회전을 제자리 회전이라 정의한다.

그러나, 종래의 토크 구동 장치는 구동모터(110)에 의한 구동축(120)의 회전을 저해하는 회전 저항체가 구동휠(130)에 한정되어 작용 반작용에 의하여 몸체(400)에 발생하는 회전력을 높일 수 있는데 한계점이 있다. 또한 제자리 회전 운동 제어의 응답속도를 높일 필요가 있다.

본 발명은 구동모터에 의한 구동축의 회전을 저해하는 회전 저항체를 추가로 설치함으로써 작용 반작용에 의하여 몸체에 발생하는 회전력을 높일 수 있는 토크 구동 장치를 제공하고자 한다. 또한 제자리 회전 운동의 제어 응답 속도를 향상시킨 토크 구동 장치를 제공함에 있다.

본 발명에 따른 토크 구동 장치는, 각각의 회전 관성을 생성하는 복수의 구동휠을 구비하는 회전부, 상기 복수의 구동휠이 각각 독립하여 회전하도록 하는 구동부, 상기 회전부 및 상기 구동부를 내부에 탑재하며, 상기 각각의 회전 관성에 대응하여 회전하는 몸체, 상기 구동부가 상기 몸체 내부에 지지되도록 하는 내부 프레임, 및 상기 구동부가 상기 몸체와 함께 회전하지 않도록 상기 구동부와 상기 내부 프레임을 연결하는 미끄럼 수단을 포함하고, 상기 회전부는 상기 적어도 두 개의 구동휠의 회전을 방해하는 회전 방해부를 더 구비한다.

본 발명에 따른 토크(torque)에 의한 회전력으로 구동하는 토크 구동 장치는, 지평선과 수평인 수평 방향 회전축 상에 두 개의 구동모터가 서로 다른 방향으로 대칭을 이루도록 배치되고, 상기 각 구동모터의 구동축이 상기 수평 방향 회전축과 일치하도록 배치되며, 구동휠이 상기 각 구동축에 서로 대칭을 이루도록 일체로 형성된 구동부; 상기 구동부를 내부에 포함하는 원형의 몸체; 상기 몸체의 수직 방향 중심축과 상기 구동부의 수직 방향 중심축이 일치하고, 상기 몸체의 수평 방향 중심축과 상기 수평 방향 회전축이 일치하도록 상기 구동부를 상기 몸체 내부에 고정하는 구동부 고정대; 상기 각 구동휠의 회전을 방해하도록 상기 각 구동휠의 외주면에 등각을 이루며 방사 방향으로 돌출 형성되는 다수개의 휠 날개를 포함한다.

본 발명에 따른 토크 구동 장치의 일 양태로서, 상기 다수개의 휠 날개를 내부에 회전 가능하게 포함하며, 양측단을 통과하는 중심축이 상기 수평 방향 회전축과 일치하도록 상기 몸체의 내부에 고정되는 원통형의 휠캡; 및 상기 다수개의 휠 날개의 회전을 방해하도록 상기 휠 캡 내부에 움직임 가능하게 충전되는 회전 방해 물질을 포함한다.

본 발명에 따른 토크 구동 장치의 일 양태로서, 상기 회전 방해 물질은 유체 또는 구체인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 토크 구동 장치의 일 양태로서, 상기 회전 방해 물질이 구체인 경우 상기 휠 캡의 내측면과 상기 다수개의 휠 날개가 형성하는 간극 및 상기 휠 캡의 측단과 상기 구동휠의 측단이 형성하는 간극은 상기 구체의 크기보다 작은 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 토크 구동 장치의 일 양태로서, 상단이 상기 구동모터의 하우징에 고정되어 상기 구동부의 수직 방향 중심축 상에 위치하는 중심추 고정대와, 상기 중심추 고정대에 연결되어 상기 구동부의 수직 방향 중심축 상에 위치하는 중심추를 포함하는 균형부; 및 상기 구동부가 상기 몸체와 함께 회전하지 않도록, 내륜이 상기 구동모터의 하우징에 고정되고 외륜이 상기 구동부 고정대에 고정된 구동부 베어링을 포함한다.

이와 같이 하여 본 발명은 토크에 의하여 구동하므로 부드러운 출발, 정지 및 운행이 가능하여 자연스러운 영상촬영을 위한 촬영 장치의 구동부 또는 아이들에게 안전한 이동 완구에 적용 가능하다.

또한 본 발명은 동일한 방향으로 토크를 발생시켜 전후진을 하거나 서로 대칭되는 방향으로 토크를 발생시켜 제자리에서 좌우로 회전이 가능하여 좁은 통로에서도 방향전환이 자유롭고, 전 방향으로 구동할 수 있는 유용한 효과가 있다.

또한 본 발명은 모든 구동부가 내부에 있고 내부를 밀폐시킬 수 있어서 지면과 수면을 가리지 않고 구동할 수 있으며, 단독으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라 각각을 독립 구동모듈로 하여 브라켓의 연결로 조합하여 용도에 따라 최적화된 이동체를 제작할 수 있어서 활용도가 높은 장점이 있다.

또한 본 발명은 휠 날개나 회전 방해 물질에 의하여 구동휠의 회전을 방해할 수 있어 구동축의 회전을 저해하는 역 토크가 크게 작용하므로, 구동모터의 하우징에 더 큰 토크가 작용하여 몸체가 더 큰 회전력을 가지고 회전할 수 있는 장점이 있다.

본 발명에 따른 추가 구동휠에 의해 제자리 회전 운동의 제어 응답 속도를 향상 시킬 수 있으며, 대향하는 구동휠의 각각의 토크와 대향 구동휠에 수직하는 수직 구동휠의 토크를 조합하여 더 정밀한 제어가 가능한 장점이 있다.

도1은 종래기술에 의한 토크 구동 장치의 사시도,
도2는 종래기술에 의한 토크 구동 장치의 전후진을 나타내는 사시도,
도3은 종래기술에 의한 토크 구동 장치의 제자리 회전을 나타내는 사시도,
도4는 본 발명의 제1 실시예에 의한 토크 구동 장치의 사시도,
도5는 본 발명의 제1 실시예에 의한 토크 구동 장치의 전후진을 나타내는 사시도,
도6은 본 발명의 제1 실시예에 의한 토크 구동 장치의 제자리 회전을 나타내는 사시도,
도7은 본 발명의 제1 실시예에 의한 토크 구동 장치의 분해사시도,
도8은 본 발명의 제1 실시예에 의한 토크 구동 장치의 단면도,
도9는 본 발명에 의한 토크 구동 장치의 구동부를 제어하는 제어회로도,
도10은 본 발명에 의한 토크 구동 장치의 속도를 감지하는 광센서를 나타내는 사시도,
도11은 본 발명에 의한 토크 구동 장치의 스토퍼를 나타내는 사시도,
도12는 본 발명에 의한 토크 구동 장치의 몸체 외부의 면에 형성된 돌기를 나타내는 사시도,
도13은 본 발명에 의한 토크 구동 장치의 몸체 외부의 면에 형성된 공기층과 고무층을 나타내는 사시도,
도14는 본 발명에 의한 토크 구동 장치의 구동부고정대를 나타내는 단면도,
도15는 본 발명에 의한 토크 구동 장치의 구동부고정대를 나타내는 단면도,
도16은 본 발명에 의한 토크 구동 장치의 구동축이 커버에 고정됨을 나타내는 단면도,
도17 및 도18은 본 발명에 의한 토크 구동 장치의 제2 실시예의 사시도 및 단면도,
도19는 본 발명에 의한 토크 구동 장치의 제3 실시예의 사시도, 및
도 20 내지 22는 본 발명의 다른 실시예에 따른 토크 구동 장치의 단면도 및 사시도이다.

제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

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.

또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.

이러한 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 토크 구동 장치의 제1 실시예를 사시도인 도4와 분해 사시도인 도7과 단면도인 도8로 도시하였다.

도4, 도7 및 도8을 참조하면 본 발명은 구동부(100), 균형부(200), 고정부(300) 및 몸체(400)를 포함한다.

도4 및 도8을 참조하면 구동부(100)는 지면과 평행인 수평 방향 회전축(R) 상에 두 개의 구동모터(110)를 서로 다른 방향으로 대칭을 이루도록 배치하고, 각 구동모터(110)의 구동축(120)을 수평 방향 회전축(R)과 일치시키며, 구동축(120) 각각에 토크를 발생시키기 위한 구동휠(130)이 일체로 형성된다.

도4 및 도8을 참조하면 균형부(200)는 중심추(210)와 중심추 고정대(220)를 포함한다. 두 개의 구동모터(110)의 하우징은 일체로 회전 가능하도록 상호 일체로 체결된다. 중심추 고정대(220)는 상단이 구동모터(110)의 하우징에 고정되어 구동부(100)의 수직 방향 중심축 상에 위치한다. 중심추(210)는 중심추 고정대(220)에 연결되어 구동부(100)의 수직 방향 중심축 상에 위치한다. 중심추 고정대(220)는 바 형상으로 형성되고, 중심추(210)는 구 형상으로 형성될 수 있다. 중심추 고정대(220)는 중심추(210)가 구동부(100)에서 최대한 멀리 떨어지도록 연결하는 것이 바람직하다. 단 평상시 중심추(210)가 몸체(400)의 내면에 접촉되지 않도록 하는 것이 바람직하다.

균형부(200)는 구동부(100)의 구동모터(110)의 하우징에 고정되어 오뚝이의 균형자와 무게추의 역할을 하여 좌우 기울어짐을 회복시키며 구동축(120)의 회전에 의한 구동모터(110) 하우징의 움직임을 잡아준다.

도4 및 도7을 참조하면 몸체(400)는 원형으로 형성될 수 있다. 몸체(400)의 내부에는 구동부(100) 및 균형부(200)가 설치된다. 몸체(400)에 반 구 형태의 커버(410)가 결합될 수도 있다. 커버의 형태는 몸체(400)에 결합될 수 있는 어떠한 형태라도 무관하다. 다른 커버의 형태로 원판 등이 있다.

도4 및 도7을 참조하면 고정부(300)는 구동부 베어링(310) 및 구동부 고정대(320)를 포함한다. 구동부 베어링(310)에는 구동모터(110)의 하우징이 회전 가능하도록 설치된다. 즉, 구동부 베어링(310)의 내륜에 구동모터(110)의 하우징이 고정된다. 구동부 베어링(310)의 외륜은 구동부 고정대(320)에 고정된다. 구동부 고정대(320)는 상하단이 몸체(400)의 내측면에 고정되는데, 몸체(400)의 수직 방향 중심축과 구동부(100)의 수직 방향 중심축이 일치하고, 몸체(400)의 수평 방향 중심축과 수평 방향 회전축(R)이 일치하도록 구동부(100)를 몸체(400) 내부에 고정한다. 따라서, 구동모터(110)의 하우징은 몸체(400)와 함께 회전하지 않을 수 있게 된다.

도9는 본 발명에 의한 토크 구동 장치의 구동부를 제어하는 제어회로도이다. 제어회로는 컨버터(231), 인버터(232), 마이크로프로세서(233), 통신모듈(234) 및 전력을 공급하는 배터리(240)을 포함할 수 있다.

컨버터(231)는 구동모터(110)가 고출력을 낼 수 있도록 배터리(240)로부터 입력 받은 전압을 마이크로프로세서(233)의 제어신호에 따라 특정 전압으로 승압한다. 인버터(232)는 구동모터(110)의 구동에 필요한 전력을 공급한다. 인버터(232)는 컨버터(231)으로부터 공급받은 전원을 마이크로프로세서(233)의 제어신호에 따라 적정 주파수 및 진폭을 갖는 교류 전원으로 바꾸어, 각 구동모터(110)의 속도와 회전 방향을 제어한다. 통신모듈(234)은 외부와 유선 또는 무선으로 신호를 송수신한다. 통신모듈(234)을 통해 외부에서 무선으로 본체의 구동 등을 조종할 수도 있다.

도 9에 따른 제어회로를 구성하는 요소들은 중심추(210)의 기능을 할 수 있다. 또는 중심추(210)의 하우징 안에 상기 제어회로를 구성하는 요소들이 포함될 수도 있다. 이때 중심추고정대(220)의 내부는 제어회로(230)이 제어선 또는 구동모터(110)에의 전원을 공급하는 전원공급선의 통로가 될 수 있다.

또한 도10에서 보는 바와 같이 균형부(200)의 중심추(210) 하단에 몸체(400)의 내부면 쪽으로 발광소자(251)와 수광소자(252)로 구성되어 반사광을 감지하는 광센서(250)를 마이크로프로세서(233)와 연결하여 설치하고, 중심추(210)의 하단과 인접한 몸체(400)의 내부 면에 몸체(400)의 회전 시 반사광이 변동 되도록 하기 위해 회전 방향과 수직한 흑색띠(253)와 백색띠(254)를 교대로 설치하여 몸체(400)가 회전함에 따라 변동되는 반사광을 광센서(250)의 수광소자(252)에서 수신하므로 몸체(400)의 회전 속도를 감지할 수 있고, 전진 및 후진 속도를 제어할 수 있으며, 경사면에서 정지하거나 올라갈 수 있도록 제어할 수 있다.

도11을 참조하면 중심추(210) 하단에는 제어회로(230)의 제어에 의하여 하부로 이동하여 몸체(400)의 내부 면에 접촉하는 스토퍼(260)가 형성될 수 있다. 스토퍼(260)가 몸체(400)의 내부 면에 접촉함에 따라 몸체(400)의 회전을 감속시키거나 정지시킬 수 있다. 한편, 몸체(400)의 내부 면에는 스토퍼(260)가 하부로 이동한 경우 스토퍼(260)에 접촉하는 보호띠(261)가 형성될 수 있다. 보호띠(261)는 몸체(400)의 내부 면을 보호하기 위한 것이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 의한 토크 구동 장치의 전후진을 나타내는 사시도이다. 구동부(100)의 구동모터(110)가 구동되면, 모터에 연결된 구동휠(130)이 회전한다. 구동휠(130)의 회전에 대한 반작용인 역토크가 구동모터(110)에 발생한다. 구동모터(110)는 고정부(300)와 베어링 결합되어 있어, 역토크에 의해 구동횔(130)과 반대방향으로 회전하게 된다. 구동모터(110)의 회전은 구동모터(110)에 고정된 중심추(210)를 무게중심에서 벗어나게 한다. 중력에 의해 무게중심을 원위치하려는 힘이 발생한다. 무게중심을 원위치하려는 힘이 고정대(320)을 통해 몸체(400)에 작용하여 몸체(400)가 구동휠(130)과 같은 방향으로 회전하게 된다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 토크 구동 장치의 제자리 회전을 나타내는 사시도이다. 도6에서 보는 바와 같이 양단 구동휠(130)의 회전 방향이 서로 반대로 회전하면, 몸체(400)의 양단에 걸리는 역 토크의 방향이 서로 반대가 된다. 따라서 몸체(400)의 수직 방향 중심축을 회전축으로 하여 몸체(400)가 회전하게 된다.

도 12에서 보는 바와 같이, 몸체(400)의 외부 표면에 몸체(400)의 회전에 의한 지면과의 마찰력을 높이기 위한 돌기(440)를 더 형성할 수도 있다. 몸체(400)가 수면에 있을 경우, 이러한 돌기(440)는 물과의 반작용을 더 높인다.

도13에서 보는 바와 같이, 몸체(400) 외부의 전면에 밀폐된 공기층(442)을 이루는 고무층(441)을 형성하여 외부의 충격을 흡수하여 내부를 보호하도록 할 수 있다.

전술한 고정부(300)는 구동모터(110)의 하우징을 내륜에 고정시킨 구동부베어링(310)과 구동부베어링(310)의 외륜과 몸체(400)를 고정시키는 구동부고정대(320)로 구성되며, 구동부고정대(320)는 도14와 도15에서 보는 바와 같이 수평 방향 회전축(R, 도13 참조)을 기준으로 몸체(400)의 내부 둘레를 따라 3방향 또는 4방향으로 구동부(100)를 고정하므로 어떠한 외부 충격에도 구동부(100)의 구동축(120)과 몸체(400)의 수평 방향 회전축(R, 도13 참조)이 틀려지지 않도록 고정할 수 있다. 또한 도16에서 보는 바와 같이 구동축(120)의 연장선상에 위치한 몸체(400) 좌우 커버(410)의 내부면에 구동축베어링(420)을 형성하고 구동축베어링(420)에 구동축(120)을 고정하므로 구동부(100)를 더욱 단단하게 고정할 수 있다.

본 발명에 의한 토크 구동 장치의 제2 실시예를 도17 및 도18에 도시하였다.

도17을 참조하면 본 발명은 구동부(100), 몸체(400) 및 구동부 고정대(320)를 포함한다.

도17 및 도18을 참조하면 각 구동휠(130)의 외주면에는 다수개의 휠 날개(140)가 등각을 이루며 방사 방향으로 돌출 형성된다. 다수개의 휠 날개(140)는 각 구동휠(130)의 회전을 방해하기 위한 것이다.

도17 및 도18을 참조하면 몸체(400)의 내부에는 휠캡(150)이 고정된다. 휠캡(150)은 다수개의 휠 날개(140)가 구동휠(130)과 함께 회전 가능하도록, 다수개의 휠 날개(140)를 그 내부에 포함한다. 휠캡(150)은 휠캡(150)의 밀폐된 양측단을 통과하는 중심축이 수평 방향 회전축(R)과 일치하도록, 몸체(400)의 내부에 고정된다.

도17 및 도18을 참조하면 휠캡(150)의 내부에는 회전 방해 물질이 충전된다. 회전 방해 물질은 다수개의 휠 날개(140)가 회전하는 경우 다수개의 휠 날개(140)와 충돌함으로써 다수개의 휠 날개(140)의 회전을 방해하기 위한 것이다. 따라서, 제1 실시예와 비교할 때, 구동모터(110)에 의하여 구동축(120)에 가하여지는 토크가 동일한 경우 구동축(120)의 회전을 저해하는 역 토크가 크게 작용하므로, 구동모터(110)의 하우징에 더 큰 토크가 작용하여 몸체(400)가 더 큰 회전력을 가지고 회전하게 된다. 또한, 제1 실시예의 경우 구동휠(130)의 지름과 무게를 증가시키면 정지상태에서 몸체(400)를 회전시키기 위하여 발생시켜야 하는 토크인 기동 토크는 크게 증가하지만, 일정한 회전상태를 유지하기 위하여 발생시켜야 하는 필요한 토크인 정상상태 토크는 크게 증가하지 않는다. 제2 실시예의 경우 다수개의 휠 날개(140) 및 회전 방해 물질로 인하여 상기 기동 토크 및 정상 상태 토크가 동시에 크게 증가한다. 상기 회전 방해 물질은 유체 또는 구체(160)일 수 있다.

도17 및 도18을 참조하면 상기 회전 방해 물질이 구체(160)인 경우 휠 캡(150)의 내측면과 다수개의 휠 날개(1410)가 형성하는 간극 및 휠 캡(150)의 측단과 구동휠(130)의 측단이 형성하는 간극은 구체(160)의 크기보다 작게 형성된다.

기타의 사항은 종래기술에서 설명한 바에 준한다.

본 발명에 의한 토크 구동 장치의 제3 실시예를 도19에 도시하였다.

도19를 참조하면 본 발명은 구동부(100), 몸체(400) 및 고정부(300)를 포함한다.

도19를 참조하면 각 구동휠(130)의 외주면에는 다수개의 휠 날개(140)가 등각을 이루며 방사 방향으로 돌출 형성된다. 다수개의 휠 날개(140)는 각 구동휠(130)의 회전을 방해하기 위한 것이다.

도19를 참조하면 몸체(400)의 내부에는 휠캡(150)이 고정된다. 휠캡(150)에 대한 설명은 제2 실시예에서 설명한 바에 준한다.

도19를 참조하면 휠캡(150)의 내부에는 회전 방해 물질이 충전된다. 회전 방해 물질에 대한 설명은 제2 실시예에서 설명한 바에 준한다.

기타의 사항은 제1 실시예 및 제2 실시예에서 설명한 바에 준한다.

도 20 내지 22는 본 발명의 다른 실시예에 따른 토크 구동 장치의 단면도 및 사시도이다.

도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 토크 구동 장치는 몸체(600), 회전부(532, 534, 536), 구동부(512, 522, 514, 524, 516, 526; 이하, '500'), 균형부(560), 내부 프레임(620), 몸체(600), 및 회로부(미도시)를 포함한다.

몸체(600)는 내부의 회전력에 대한 반작용으로 전후진의 구름 회전 운동, 제자리 회전 운동 또는 그 조합된 운동을 할 수 있다. 몸체(600)는 구형으로 형성될 수 있지만, 이에 한정하지 않는다. 예를 들어, 몸체(600)가 구름 회전 시 지면과 접촉하는 영역이 구형의 일부를 형성하여, 몸체(600)의 구름 회전 운동이나 제자리 회전 운동에 영향을 미치지 않도록 할 수 있다. 또한, 몸체(600)의 구름 회전 축(R)이 통과하는 반 구 형태의 커버(410)에 돌출부(미도시)가 형성되도록 할 수 있다. 커버(410)는 몸체(600) 내부의 부품 교환을 용이하게 할 수 있는 뚜껑 기능을 할 수 있다. 커버(410)은 반 구 형태에 한정되지 않으며, 몸체(600)에 결합될 수 있는 여러 형상(원판 등)을 가질 수 있다.

몸체(600)는 사용자로부터 데이터를 입력받는 사용자 입력부(미도시)를 포함할 수 있다. 사용자 입력부는 기능 키의 역할을 하는 하나 또는 2 이상의 버튼, 또는 사용자의 푸시나 터치 조작에 의해 명령이나 정보를 입력 받을 수 있는 키 패드, 터치 패드 등으로 구성될 수 있다. 또한 사용자 입력부는 키를 회전시키는 조그 휠 또는 조이스틱 등으로 구성될 수 있다. 부정확한 조작을 방지하기 위해, 홀드(잠금) 기능이 구비되거나 구름 회전시 지면과 접촉하지 않는 몸체(600)의 영역에 사용자 입력부가 배치되는 것이 바람직하다.

회전부(532, 534, 536)는 몸체(600) 내부에 배치되며, 여러 축의 회전 관성을 생성한다. 회전부는 관성 모멘트를 가지는 강체의 제1 내지 제3 구동휠(532, 534, 536)로 구성될 수 있다. 구동휠은 도면에 도시된 바와 같은 원반 형상에 한정되지 않는다. 제1 내지 제3 구동휠의 형상이나 관성 모멘트는 제각기일 수 있다. 이러한 토크 구동 장치는 예측되지 않는 움직임을 가능하게 하여, 완구용으로 사용되기에 적합할 수 있다.

구동부(500)는 몸체(600) 내부에 배치되며, 각각 회전력을 발생하는 제1 내지 제3 구동모터(512, 514, 516) 및 상기 회전력을 각각의 제1 내지 제3 구동휠(532, 534, 536)에 전달하는 제1 내지 제3 구동축(522, 524, 526)을 포함할 수 있다.

제1 내지 제3 구동축(522, 524, 526)은, 회전에 따른 진동발생이 적거나 없도록, 제 1 내지 제3 구동휠(532, 534, 536)의 질량 중심을 통과하는 것이 바람직하다.

본 실시예에서, 제1 내지 제2 구동축(522, 524)은, 지면과 평행인 수평 방향 회전축(구름 회전축)(R)에 평행하도록, 바람직하게는 수평 방향 회전축(R)과 일치하도록 배치되는 것이 바람직하다.

제3 구동축(526)은 제1 내지 제2 구동축(522, 524)의 회전축과 상이한 회전축을 가질 수 있다. 임의의 회전축인 제3 구동축(526)에 체결된 제3 구동휠(536)의 회전에 의해 몸체(600)는 예측되지 않는 움직임을 보일 수 있다. 예측 가능하며 용이한 제어를 위해, 제3 구동축(526)의 회전축은 제1 내지 제2 구동축(522, 524)의 회전축과 수직인 것이 바람직하다. 이에 대해서는 후술한다.

내부 프레임(620)는 구동부(500)가 몸체(600)의 내부에 지지되도록 한다. 내부 프레임(620)은 몸체(600)가 충격을 받는 경우, 몸체(600)의 외형을 유지시키는 몸체(600)의 골격 역할을 할 수 있다. 내부 프레임(620)은 외부 충격을 완충시켜 내부 부품을 보호할 수 있다.

미끄럼 수단(630)은 구동부(500)가 몸체(600)와 함께 회전하지 않도록 내부 프레임(620)과 구동부(500)를 연결한다. 예를 들어, 미끄럼 수단(630)이 베어링인 경우, 베어링의 내륜에 구동부(500)의 일부, 예를 들어 제1 내지 제2 구동모터(512, 522)의 하우징이 고정되며, 베어링의 외륜에 내부 프레임(620)의 일부가 고정되도록 설치될 수 있다.

균형부(560)는 몸체(600) 내부에 배치되며, 구동부(500)에 연결되어 직접적으로는 구동부(500)의 균형을 잡아주며, 오뚜기의 중심 추 역할을 하여 전체적으로 몸체(600)의 균형을 잡아줄 수 있다.

균형부(560)는 몸체(600)의 구름 회전에 따라 구동부(500)가 회전하는 것을 방지할 수 있다.

균형부(560)는 몸체(600)가 구름 회전 운동을 하는 경우 좌우 쏠림을 잡아주며 일정 방향을 하도록 할 수 있다. 균형부(560)는 몸체(600)가 정지해 있거나 제자리 회전 운동을 하는 경우 몸체(600)의 구름 회전축(R)이 중력 방향과 수직인 면에 평행하도록 유지시켜 줄 수 있다. 균형부(560)는 오뚜기가 기울기가 있는 지면에 있어도 어느 한 지점에 고정되게 하는 것처럼, 몸체(600)가 일정 각도까지의 경사면에 있어도 비탈면 아래로 움직이지 않도록 할 수 있다.

균형부(560)는 기설정된 범위의 질량을 가지는 중심추(562) 및 중심추(562)를 구동부(500)에 연결하는 중심추 고정대(564)를 포함할 수 있다.

본 실시예에서 중심추 고정대(564)의 상단은 일체로 체결된 제1 및 제2 구동모터(512, 514)의 하우징에 체결되며, 하단은 중심추(562)에 체결된다. 중심추 고정대(564)는, 균형있는 제자리 회전 운동을 위해, 몸체(600)의 제자리 회전축(Z)과 일치하는 것이 바람직하다. 중심추 고정대(564)는 배선이나 통신선 등을 수납할 수 있도록 공동인 것이 바람직하다.

중심추(562)는 내부에 수납 가능한 공간을 가지는 것이 바람직하다. 수납 공간은 구름 회전 운동을 하지 않는 부품이 수납될 수 있다. 이러한 부품으로, 전원 공급부(미도시), 무선 통신부(미도시), AV(Audio and Video) 입력부(미도시), 센싱부(미도시), 출력부(미도시), 인터페이스부(미도시), 메모리(미도시), 제어부(미도시), 전원 공급부(미도시) 등이 있다.

무선 통신부는 외부의 방송 신호나 방송관련 정보를 수신하는 방송수신 모듈, 이동 통신망에서 기지국, 외부의 단말기, 서버 중 적어도 하나와 무선 신호를 송수신하는 이동통신 모듈, 무선 인터넷 접속 가능한 무선 인터넷 모듈, 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), UWB(Ultra Wideband), 지그비(ZigBee) 등의 근거리 통신 모듈, 복수의 GPS(Global Position System) 인공위성으로부터 위치 정보를 수신하는 GPS 모듈 등을 포함할 수 있다.

AV 입력부는 오디오 신호 또는 비디오 신호 입력을 위한 것으로, 카메라(미도시)와 마이크로폰(미도시) 등을 포함할 수 있다.

카메라는 렌즈가 몸체(600)의 구름 회전축(R)과 일치하는 축에 배치되어, 몸체(600)의 구름 회전 운동시에, 카메라가 지면과 일정 높이를 유지하면서 이동하며 촬영하는 동영상을 얻을 수 있다.

카메라는 렌즈가 몸체(600)의 구름 운동시에 구름 운동 방향을 향하도록 배치되어, 전면(혹은 후면)의 풍경을 촬영할 수 있다.

카메라는 몸체의 내부에 배치되므로, 몸체(600)는 투명하거나 일정 비율 이상의 빛이 통과 가능한 반투명한 재질인 것이 바람직하다.

마이크로폰은 외부 음향 신호를 입력받는 과정에서 발생하는 잡음을 제거하기 위한 다양한 제거 알고리즘이 사용될 수 있다.

센싱부는 토크 구동 장치의 현 상태를 감지하거나 외부 환경을 감지할 수 있다.

내부 상태 감지와 관련하여, 센싱부는 전원 공급부의 전원 공급 여부, 인터페이스부의 외부 기기 결합 여부 등과 관련된 센싱 기능을 담당할 수 있다. 또한 센싱부는 가속도 센서, 자이로 센서 등을 이용하여 몸체(600)의 위치나 움직임 등을 감지할 수 있다. 몸체(600)의 움직임 등을 감지하기 위해, 센싱부는 도 10에서 도시한 바와 같이 몸체(600)의 내부 면에서 반사되는 반사광의 변동에 따른 몸체(600)의 회전 속도를 감지하는 광센서 등을 포함할 수 있다.

외부 환경을 감지하기 위해, 센싱부는 열 센서, 광 센서, 진동 센서, 음향 센서, 자기 센서, 전류 센서, 전압 센서, 정전용량 센서 또는 언급된 센서가 2 이상 조합된 센서 등을 포함할 수 있다.

출력부는 오디오 신호 또는 비이도 신호를 출력할 수 있다. 출력부는 디스플레이부, 음향출력 모듈 등을 포함할 수 있다.

메모리는 제어부의 처리 및 제어를 위한 프로그램이 저장될 수 있고, 입려고디거나 출력되는 데이터들의 저장을 위한 기능을 수행할 수 있다.

인터페이스부는 토크 구동 장치에 연결되는 모든 외부기기와의 인터페이스 역할을 수행한다. 토크 구동 장치에 연결되는 외부기기의 예로는, 유/무선 헤드셋, 외부 충전기, 유/무선 데이터 포트, 메모리 카드(Memory card), SIM(Subscriber Identification Module) 카드, UIM(User Identity Module) 카드 등과 같은 카드 소켓, 오디오 I/O(Input/Output) 단자, 비디오 I/O(Input/Output) 단자, 이어폰 등이 있다. 인터페이스부는 이러한 외부 기기로부터 데이터를 전송받거나 전원을 공급받아 토크 구동 장치 내부의 각 구성 요소에 전달할 수 있고, 토크 구동 장치 내부의 데이터가 외부 기기로 전송되도록 할 수 있다.

인터페이스부는 토크 구동 장치가 외부 크래들(cradle)과 연결될 때 연결된 크래들로부터의 전원이 토크 구동 장치에 공급되는 통로가 되거나, 사용자에 의해 크래들에서 입력되는 각종 명령 신호가 토크 구동 장치로 전달되는 통로가 될 수 있다.

제어부는 내부 전자 부품의 동작을 제어하여 토크 구동 장치의 전반적인 동작을 제어한다. 특히 도 9에 도시된 바와 같이 컨버터와 인버터 등으로 이루어진 회로를 제어하여 몸체(600)의 회전을 제어할 수 있다.

전원 공급부는 제어부의 제어에 의해 외부의 전원 또는 내부의 전원을 인가 받아 각 구성요소들의 동작에 필요한 전원을 공급한다.

중심추 고정대(564)의 내부 공동은 중심추(562)의 내부에 수납된 부품과 중심추 외부의 부품을 연결하는 제어선이나 전원공급선의 통로가 될 수 있다.

제어부는 몸체(600)가 제자리 회전 운동을 하도록 제1 및 제2 구동휠(532, 534)이 상반되는 방향으로 회전하도록 구동부(500)를 제어할 수 있다. 제어부는 제1 및 제2 구동휠(532, 534) 각각의 회전 속도를 달리하여, 몸체(600)가 구름 회전과 제자리 회전이 병행되도록 하여, 몸체(600) 외부의 임의의 축을 중심으로 몸체(600)가 원운동을 하도록 할 수도 있다.

제1 및 제2 구동휠(532, 534)의 서로 상반되는 방향으로의 회전에 의한 회전력(h1, h2)에 의해 몸체(600)에 C1의 제자리 회전 토크가 발생하여 몸체(600)는 제자리 회전 운동을 하게 된다. 제어부는 제3 구동휠(536)이 V1 방향(C1과 반대 방향)으로 회전하도록 제어하여 몸체(600)의 제자리 회전을 가속(C2)시킬 수 있다(도 21 참조). 제어부는 제3 구동휠(536)이 V2 방향(C1과 같은 방향)으로 회전하도록 제어하여 몸체(600)의 제자리 회전을 감속(C3)시킬 수 있다(도 22 참조).

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.

100:구동부 110:구동모터 120:구동축
130:구동휠 140:휠 날개 150:휠 캡
160:구체 200:균형부 210:중심추
220:중심추고정대 230:제어회로 231:컨버터
232:인버터 233:마이크로프로세서 234:통신모듈
240:배터리 250:광센서 251:발광소자
252:수광소자 253:흑색띠 254:백색띠
260:스토퍼 261:보호띠 300:고정부
310:구동부베어링 320:구동부고정대 400:몸체
410:커버 420:구동축베어링 430:센서
440:돌기 441:고무층 442:공기층

Claims

각각의 회전 관성을 생성하는 복수의 구동휠을 구비하는 회전부;
상기 복수의 구동휠이 각각 독립하여 회전하도록 하는 구동부;
상기 회전부 및 상기 구동부를 내부에 탑재하며, 상기 각각의 회전 관성에 대응하여 회전하는 몸체;
상기 구동부가 상기 몸체 내부에 지지되도록 하는 내부 프레임; 및
상기 구동부가 상기 몸체와 함께 회전하지 않도록 상기 구동부와 상기 내부 프레임을 연결하는 미끄럼 수단을 포함하고,
상기 회전부는 상기 적어도 두 개의 구동휠의 회전을 방해하는 회전 방해부를 더 구비하는, 토크 구동 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 회전 방해부는 상기 복수의 구동휠 중 제1 구동휠의 외주면에 방사 방향으로 돌출 형성되는 하나 또는 2 이상의 구동휠 날개를 포함하는 토크 구동 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 2 이상의 구동휠 날개는 등각을 이루는 것을 특징으로 하는 토크 구동 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 회전 방해부는 내부에 상기 제1 구동휠의 외주면에 형성된 하나 또는 2 이상의 구동휠 날개가 회전 가능하게 배치되도록 하는 제1 구동휠 날개 하우징 및
상기 제1 구동휠의 외주면에 형성된 하나 또는 2 이상의 구동휠 날개의 회전을 방해하도록 상기 제1 구동휠 날개 하우징 내부에 충전되는 제1 회전 방해 물질을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 토크 구동 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 제1 회전 방해 물질은 상기 제1 구동횔 날개 하우징 내부에서 움직임 가능한 것을 특징으로 하는 토크 구동 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 회전 방해 물질은 유체 또는 복수의 구체로 이루어진 것을 특징으로 하는 토크 구동 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 복수의 구체는 상기 제1 구동휠 날개 하우징의 내부에서 상기 2 이상의 구동휠 날개에 의해 기설정된 개수로 구획되는 것을 특징으로 하는 토크 구동 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 구동휠 중 제2 구동휠 및 제3 구동휠은 서로 대향하며,
상기 제2 및 제3 구동휠의 회전축은 상기 몸체의 수평 방향 회전축과 동일한 것을 특징으로 하는 토크 구동 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 복수의 구동횔 중 적어도 하나의 제4 구동휠은 상기 제2 및 제3 구동휠의 회전축과 상이한 회전축을 갖는 것을 특징으로 하는 토크 구동 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 몸체가 구름 회전 운동을 하도록 하기 위해 상기 제2 및 제3 구동휠이 동일한 방향으로 회전하도록 상기 구동부를 제어하거나, 상기 몸체가 제자리 회전 운동을 하도록 하기 위해 상기 제2 및 제3 구동휠이 상이한 방향으로 회전하도록 상기 구동부를 제어하는 제어부를 더 포함하는 토크 구동 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 복수의 구동휠 중 제5 구동휠은 상기 제2 및 제3 구동휠의 회전축과 수직인 회전축을 갖는 것을 특징으로 하는 토크 구동 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 몸체의 회전 운동이 가속 또는 감속되도록 하기 위해 상기 제5 구동휠이 회전하도록 상기 구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 토크 구동 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 몸체의 내부에 배치되며, 상기 구동부에 연결되어 상기 몸체의 균형을 잡아주는 균형부를 더 포함하는 토크 구동 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 균형부는 내부에 수납 가능한 공간을 가지며,
상기 수납 가능한 공간은 구름 회전 운동을 하지 않는 부품이 수납되는 것을 특징으로 하는 토크 구동 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 몸체의 내면에 상대적으로 상기 균형부가 움직이는 거리를 측정하는 센서부를 더 포함하는 토크 구동 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 구동부에 연결되는 카메라 모듈을 더 포함하고,
상기 카메라 모듈의 렌즈는 상기 몸체의 수평 방향 회전축과 일치하는 축에 배치되는 것을 특징으로 하는 토크 구동 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 균형부에 연결되는 카메라 모듈을 더 포함하고,
상기 카메라 모듈의 렌즈는 상기 몸체의 구름 방향과 평행한 방향을 향하는 것을 특징으로 하는 토크 구동 장치.