KR20130094896A - 다자유도 구동장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 다자유도 구동장치는, 회동연결부재에 제1 회동축과 제2 회동축을 중심으로 회동 가능한 구조로 각각 연결되는 제1 회동브라켓 및 제2 회동브라켓과, 상기 제1 회동브라켓과 제2 회동브라켓 중 어느 하나에 연결되는 마그네트와, 상기 제1 회동브라켓과 제2 회동브라켓 중 다른 하나에 연결되는 코일조립체를 포함하여, 상기 마그네트와 코일조립체 간에 발생되는 전자기력에 의해 상기 제1 회동브라켓과 제2 회동브라켓 중 적어도 하나가 회동되도록 구성된다. 본 발명에 의한 다자유도 구동장치는, 구성이 간단하여 제작이 용이할 뿐만 아니라 제조비용이 절감되며, 포지셔닝 토크 증가 및 동작 제어가 용이하여 이용이 편리하다는 장점이 있다.

Description

다자유도 구동장치{Driving apparatus having multi-degrees of freedom}
본 발명은 둘 이상의 방향으로 틸팅 가능한 다자유도 구동장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 보다 간단한 구조로 마련되면서도 다자유도를 가짐으로써 자유로운 구동이 가능하며, 이로 인해 구동의 효율성을 향상시킬 수 있는 다자유도 구동 장치에 관한 것이다.
근래 들어, 여러 분야에 걸쳐 로봇(robot)의 이용이 증가하고 있다. 예를 들면, 산업 현장에서 사용되는 산업로봇, 군대에서 사용되는 군용 로봇, 외부 탐사에 사용되는 탐사용 로봇, 그리고 실제 가정에서 사용되는 가정로봇 등에 이르기까지 로봇은 현재 다방면에 사용되고 있을 뿐만 아니라 그에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다.
특히, 산업 로봇 또는 휴머노이드(humanoid) 로봇의 관절 부분의 구조 또는 비전 카메라와 같은 카메라 시스템의 구동 구조 등의 연구가 활발히 진행되고 있다. 이에 대해 설명하면, 종래의 로봇의 관절 부분을 살펴보면, 로봇의 일부분을 다른 부분에 대해 회전시키기 위한 회전 모터와, 로봇의 일부분을 다른 부분에 대해 선형 이동시키기 위한 리니어(linear) 모터와, 또는 로봇의 일부분을 다른 부분에 틸팅 이동시키기 위한 구동 모터 등이 모두 별도로 마련되며, 이러한 모터들 전부가 하나의 구동 장치 내에 장착되는 구조를 갖는다.
따라서, 전체적인 장치의 구조가 매우 복잡할 뿐만 아니라 전체적인 사이즈가 부품수에 비례하여 커지는 문제점이 있으며, 정확한 동작을 구현하는 데에도 한계가 있었다. 이에, 구동 구조를 보다 단순화함으로써 전체적인 사이즈를 축소시킬 수 있으면서도, 다방향으로 정확한 동작을 구현할 수 있는 새로운 구동 장치의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 구성이 간단하여 제작이 용이하고 제조비용이 절감되며 포지셔닝 토크 증가 및 동작 제어가 용이한 다자유도 구동장치를 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 다자유도 구동장치는,
회동연결부재에 제1 회동축과 제2 회동축을 중심으로 회동 가능한 구조로 각각 연결되는 제1 회동브라켓 및 제2 회동브라켓; 상기 제1 회동브라켓과 제2 회동브라켓 중 어느 하나에 연결되는 마그네트; 상기 제1 회동브라켓과 제2 회동브라켓 중 다른 하나에 연결되는 코일조립체;를 포함하여, 상기 마그네트와 코일조립체 간에 발생되는 전자기력에 의해 상기 제1 회동브라켓과 제2 회동브라켓 중 적어도 하나가 회동되도록 구성된다.
상기 마그네트와 코일조립체는, 상기 제1 회동브라켓과 제2 회동브라켓의 배열방향 중심축을 중심으로 방사형으로 배열되되, 상기 제1 회동축 및 제2 회동축의 연장선상에 배치된다.
상기 제1 회동축과 제2 회동축은 직각으로 교차된다.
상기 제1 회동축과 제2 회동축은 하나의 평면상에 배열된다.
상기 제1 회동브라켓과 결합되는 베이스부재와, 상기 제2 회동브라켓과 결합되는 회동하우징을 더 포함하며, 상기 마그네트는 상기 베이스부재와 회동하우징 중 어느 하나에 결합되고, 상기 코일조립체는 상기 베이스부재와 회동하우징 중 다른 하나에 결합되어, 상기 마그네트와 코일조립체 간에 발생되는 전자기력에 의해 상기 회동하우징이 회동되도록 구성된다.
상기 제1 회동브라켓은 상기 베이스부재 상면에 결합되고, 상기 회동하우징은 상기 제2 회동브라켓의 상면에 결합되되, 상기 제1 회동브라켓 중 상기 베이스부재에 결합되는 부위와 제2 회동브라켓 중 상기 회동하우징에 결합되는 부위는, 상기 회동연결부재를 중심으로 각각 하측과 상측에 위치된다.
상기 회동하우징은, 상기 제2 회동브라켓의 상면에 결합되는 상판과, 상기 상판의 가장자리로부터 하향 연장되는 측판으로 구성되고, 상기 베이스부재의 상면에는 상향 돌출되는 돌출단이 형성되어, 상기 마그네트와 코일조립체는 상기 측판과 돌출단 중 어느 하나에 각각 결합된다.
상기 제1 회동축과 제2 회동축은 각각 X축 방향과 Y축 방향으로 배치되고, 상기 제1 회동브라켓과 상기 회동연결부재와 상기 제2 회동브라켓은 Z축 방향으로 배열되며, 상기 마그네트는 양 극이 Z축 방향으로 배열되도록 장착된다.
상기 마그네트는 상기 회동하우징에 결합되고, 상기 코일조립체는 베이스부재에 결합된다.
상기 마그네트와 코일조립체는, 상호간에 발생되는 전자기력에 의해 상대위치가 변경되더라도 상호간의 이격거리가 일정하게 유지되도록, 서로 마주보는 면이 곡면으로 형성된다.
본 발명에 의한 다자유도 구동장치는, 구성이 간단하여 제작이 용이할 뿐만 아니라 제조비용이 절감되며, 포지셔닝 토크 증가 및 동작 제어가 용이하여 이용이 편리하다는 장점이 있다.
도 1은 회동하우징이 분리된 본 발명에 의한 다자유도 구동장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 의한 다자유도 구동장치의 내부구성을 도시하는 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 A-A선을 따르는 부분단면도이다.
도 4 및 도 5는 제1 회동브라켓과 제2 회동브라켓의 결합구조를 도시하는 사시도 및 분해사시도이다.
도 6은 코일조립체의 배열구조를 도시하는 본 발명에 의한 다자유도 구동장치의 부분사시도이다.
도 7은 도 3에 도시된 상태에서 제1 회동축을 중심으로 회동하우징이 회동된 형상을 도시한다.
도 8은 도 2에 도시된 B-B선을 따르는 부분단면도이다.
도 9는 도 8에 도시된 상태에서 제2 회동축을 중심으로 회동하우징이 회동된 형상을 도시한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 다자유도 구동장치의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 회동하우징이 분리된 본 발명에 의한 다자유도 구동장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 의한 다자유도 구동장치의 내부구성을 도시하는 사시도이며, 도 3은 도 2에 도시된 A-A선을 따르는 부분단면도이다.
본 발명에 의한 다자유도 구동장치는 외관에서 볼 때 베이스브라켓과 회동하우징(300)으로 크게 구분될 수 있는데, 상기 회동하우징(300)은 베이스브라켓에 대해 다양한 방향 및 각도로 회동될 수 있도록 연결된다. 이때, 종래의 다자유도 구동장치는 매우 간단한 구성으로 상기 회동하우징(300)이 다양한 방향과 다양한 각도로 회동 가능하게 된다는 점에 가장 큰 특징이 있다. 즉, 본 발명에 의한 다자유도 구동장치는, 2개의 자유도를 갖는 구조로 연결되는 제1 회동브라켓(210) 및 제2 회동브라켓(230)과, 상기 제1 회동브라켓(210)과 결합되는 베이스부재(100)와, 상기 제2 회동브라켓(230)과 결합되는 회동하우징(300)과, 베이스부재(100)와 회동하우징(300) 중 어느 하나에 결합되는 마그네트(410, 420)와, 베이스부재(100)와 회동하우징(300) 중 다른 하나에 결합되는 코일조립체(510, 520)를 포함하여 구성된다.
이때, 제1 회동브라켓(210)과 제2 회동브라켓(230)이 직접 결합되면 2개의 자유도를 가질 수 없으므로, 제1 회동브라켓(210)과 제2 회동브라켓(230)은 하나의 회동연결부재(220)를 매개체로 연결된다. 즉, 제1 회동브라켓(210)은 회동연결부재(220)의 하측에 위치되되 제1 회동축(222)을 중심으로 회동 가능하도록 상기 회동연결부재(220)에 결합되고, 제2 회동브라켓(230)은 회동연결부재(220)의 상측에 위치되되 제2 회동축(224)을 중심으로 회동 가능하도록 회동연결부재(220)에 결합된다. 따라서 제2 회동브라켓(230)은 제1 회동브라켓(210)에 대해 제1 회동축(222)을 중심으로 회동될 수도 있고 제2 회동축(224)을 중심으로 회동될 수도 있다. 물론, 제2 회동브라켓(230)이 제1 회동축(222)을 중심으로 회동되는 경우 제2 회동브라켓(230)과 회동연결부재(220)가 함께 회동되며, 제2 회동브라켓(230)이 제2 회동축(224)을 중심으로 회동되는 경우 제2 회동브라켓(230)만이 단독으로 회동된다.
또한 코일조립체(510, 520)는 제1 회동브라켓(210)과 제2 회동브라켓(230)의 배열방향 중심축을 중심으로 방사형을 이루도록 베이스부재(100)에 고정 결합되고, 마그네트(410, 420)는 각 코일조립체(510, 520)와 대응되도록 회동하우징(300)에 고정 결합된다. 이때, 마그네트(410, 420) 및 코일조립체(510, 520)가 너무 아래에 위치되면 회동하우징(300)이 회동될 때 마그네트(410, 420)가 베이스부재(100)에 간섭될 우려가 있으므로, 마그네트(410, 420)와 코일조립체(510, 520)는 베이스부재(100)의 상면으로부터 일정간격 상향 이격된 지점에 위치됨이 바람직하다. 이와 같이 마그네트(410, 420)와 코일조립체(510, 520)가 베이스의 상면으로부터 상향 이격된 지점에 위치될 수 있도록, 베이스부재(100)는 상면으로부터 상향 돌출되는 돌출단(110, 120)을 다수개 구비하고, 회동하우징(300)은 제2 회동브라켓(230)의 상면에 결합되는 상판(310)과 상기 상판(310)의 가장자리로부터 하향 연장되는 측판(320)을 포함하여 구성되며, 코일조립체(510, 520)는 돌출단(110, 120)의 바깥면에 결합되고 마그네트(410, 420)는 측판(320)의 안쪽면 중 코일조립체(510, 520)와 대향되는 지점에 각각 결합된다.
따라서 코일조립체(510, 520)에 전류가 인가되어 마그네트(410, 420)와 코일조립체(510, 520) 간에 전자기력이 발생되면 코일조립체(510, 520)와 마그네트(410, 420) 간에는 인력 또는 척력이 발생되는데, 코일조립체(510, 520)가 고정 결합된 베이스부재(100)는 고정된 상태를 유지하므로 마그네트(410, 420)가 결합된 회동하우징(300)이 제1 회동축(222) 또는 제2 회동축(224)을 중심으로 회동하게 된다.
예를 들어 상기 코일조립체(510, 520)가 본 실시예에 도시된 바와 같이, 일측단이 마그네트(410, 420)를 향하도록 배치되는 코어와, 상기 코어의 외주면을 감싸는 코일로 구성되는 경우, 상기 코일로 인가되는 전류의 방향에 따라 상기 코일조립체(510, 520)의 일측(명확하게는 마그네트(410, 420)를 향하는 측)은 N극 또는 S극으로 극성이 띠게 된다. 이와 같이 코일조립체(510, 520)의 일측이 N극 또는 S극으로 극성을 띠게 되면, 마그네트(410, 420)는 코일조립체(510, 520)의 일측 극성에 따라 N극과 S극 중 어느 하나의 극이 선택적으로 코일조립체(510, 520) 일측으로 끌려가게 된다. 이와 같이 마그네트(410, 420)의 어느 한 극이 코일조립체(510, 520)의 일측으로 끌려가게 되면 상기 코일조립체(510, 520)와 일체로 결합된 회동하우징(300)은 회동을 하게 되는데, 상기 회동하우징(300)이 수평방향으로 연장되는 제1 회동축(222) 및 제2 회동축(224)을 중심으로 회동될 수 있도록, 상기 마그네트(410, 420)는 N극과 S극이 상하로 배열됨이 바람직하다. 즉, 본 실시예에 도시된 바와 같이 제1 회동축(222)과 제2 회동축(224)이 각각 X축 방향과 Y축 방향으로 배치되고, 제1 회동브라켓(210)과 회동연결부재(220)와 제2 회동브라켓(230)이 Z축 방향으로 배열되는 경우, 상기 마그네트(410, 420)는 양 극이 Z축 방향으로 배열되도록 장착됨이 바람직하다. 이와 같이 마그네트(410, 420)의 N극과 S극이 상하(Z축 방향)로 배열되면, 코일조립체(510, 520)의 극성이 변경됨에 따라 마그네트(410, 420)가 상하로 움직이게 되므로, 제2 회동브라켓(230)이 수평방향의 제1 회동축(222) 또는 제2 회동축(224)을 중심으로 회동을 하게 될 때 동력 손실을 최소화시킬 수 있게 된다. 코일조립체(510, 520)로 전류가 인가됨에 따라 회동하우징(300)의 회동 원리는 이하 도 7 내지 도 9를 참조하여 상세히 설명한다.
한편, 본 실시예에서는 마그네트(410, 420)와 코일조립체(510, 520)가 제1 회동축(222) 또는 제2 회동축(224)과 나란한 방향 즉, 수평방향으로 배열되는 경우만을 도시하고 있으나, 상기 마그네트(410, 420)와 코일조립체(510, 520)의 장착위치는 수직방향으로 배열될 수도 있다. 예를 들어 코일조립체(510, 520)가 베이스부재(100)의 상면으로부터 상향 돌출되도록 장착되고, 마그네트(410, 420)가 회동하우징(300)의 상판(310) 저면에 장착되어, 코일조립체(510, 520)로 전류가 인가됨에 따라 코일조립체(510, 520)와 마그네트(410, 420) 간에 인력 또는 척력이 발생되고, 이에 따라 회동하우징(300)이 회동되도록 구성될 수도 있다.
또한, 본 실시예에서는 베이스부재(100)의 돌출단(110, 120)에 코일조립체(510, 520)가 결합되고, 회동하우징(300)의 측판(320)에 마그네트(410, 420)가 결합되는 경우만을 도시하고 있으나, 상기 코일조립체(510, 520)와 마그네트(410, 420)의 장착위치는 상호 바뀔 수 있다. 그러나 코일조립체(510, 520)가 회동하우징(300)에 결합되면, 회동하우징(300)이 회동하는 과정에서 코일이 엉키거나 손상될 우려가 있으므로, 본 실시예에 도시된 바와 같이 코일조립체(510, 520)는 베이스부재(100)의 돌출단(110, 120)에 결합되고, 마그네트(410, 420)는 회동하우징(300)의 측판(320)에 결합됨이 바람직하다.
또한, 제1 회동브라켓(210)의 하측부위가 측방으로 더 연장되다가 상향으로 절곡되는 형상으로 형성되고, 제2 회동브라켓(230)의 상측부위가 측방으로 더 연장되다가 하향으로 절곡되는 형상으로 형성되는 경우, 본 발명에 의한 다자유도 구동장치는 베이스부재(100) 및 회동하우징(300)을 생략하고, 코일조립체(510, 520)와 마그네트(410, 420)를 제1 회동브라켓(210) 및 제2 회동브라켓(230)에 직접 장착시킬 수도 있다. 그러나 이와 같이 코일조립체(510, 520)와 마그네트(410, 420)를 제1 회동브라켓(210) 및 제2 회동브라켓(230)에 직접 장착시키는 경우, 각 부품의 형상이 복잡해져 부품 제작이 어려워지고 각 부품들의 조립공정이 복잡해진다는 단점이 있다. 따라서 베이스부재(100) 및 회동하우징(300)의 생략 여부는 본 발명에 의한 다자유도 구동장치의 용도 및 사용자의 요구에 따라 자유롭게 결정될 수 있다.
도 4 및 도 5는 제1 회동브라켓(210)과 제2 회동브라켓(230)의 결합구조를 도시하는 사시도 및 분해사시도이고, 도 6은 코일조립체(510, 520)의 배열구조를 도시하는 본 발명에 의한 다자유도 구동장치의 부분사시도이다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 제1 회동브라켓(210)과 제2 회동브라켓(230)은 각각 제1 회동축(222)과 제2 회동축(224)을 중심으로 회동 가능한 구조로 회동연결부재(220)에 결합되는데, 제1 회동축(222)을 중심으로 회동연결부재(220)와 제2 회동브라켓(230)이 회동될 때 회동연결부재(220) 및 제2 회동브라켓(230)이 제1 회동브라켓(210)에 간섭되지 아니하고, 제2 회동축(224)을 중심으로 제2 회동브라켓(230)이 회동될 때 제2 회동브라켓(230)이 제1 회동브라켓(210)에 간섭되지 아니하도록 구성되어야 할 것이다. 따라서 제1 회동브라켓(210)은, 베이스부재(100)와 결합되는 부위는 회동연결부재(220)의 하측으로 일정 거리 이격된 지점에 위치되고, 회동연결부재(220)의 외측면 중 선단과 후단을 향해 상향 연장되는 한 쌍의 제1 연장단(212)을 구비하여, 상기 한 쌍의 제1 연장단(212)이 제1 회동축(222)에 의해 회동연결부재(220)와 결합된다. 또한 제2 회동브라켓(230)은, 회동하우징(300)과 결합되는 부위는 회동연결부재(220)의 상측으로 일정 거리 이격된 지점에 위치되고, 회동연결부재(220)의 외측면 중 좌측단과 우측단을 향해 하향 연장되는 한 쌍의 제2 연장단(232)을 구비하여, 상기 한 쌍의 제2 연장단(232)이 제2 회동축(224)에 의해 회동연결부재(220)와 결합된다.
또한, 상기 제2 회동브라켓(230)이 제1 회동브라켓(210)에 대해 전후 및 좌우로 회동될 수 있도록 제1 회동축(222)과 제2 회동축(224)은 직각으로 교차됨이 바람직하다. 이와 같이 제1 회동축(222)과 제2 회동축(224)이 직각으로 교차되면 제2 회동브라켓(230)을 정확하게 전후방향과 좌우방향으로 회동시킬 수 있을 뿐만 아니라, 제1 회동축(222)을 중심으로 하는 회동과 제2 회동축(224)을 중심으로 하는 회동을 동시에 구현하여 제2 회동브라켓(230)을 좌우방향이나 전후방향이 아닌 특정 대각선방향으로 회동시키고자 할 때 제1 회동축(222)을 중심으로 하는 회동과 제2 회동축(224)을 중심으로 하는 회동을 각각 어느 정도 해야 할 지를 용이하게 계산할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 제1 회동축(222)과 제2 회동축(224)이 각각 다른 높이에 위치되면, 제1 회동축(222)과 제2 회동축(224)의 높이차만큼 회동연결부재(220)가 두꺼워지므로 제품의 소형화에 한계가 발생하게 되고, 제2 회동브라켓(230)이 좌우로 회동될 때와 전후로 회동될 때의 회동반경이 달라지므로 제2 회동브라켓(230)의 대각선방향 회동거리를 계산하는데 어려움이 발생되며, 이에 따라 회동하우징(300)의 움직임을 정확하게 제어하기 어렵게 된다는 단점이 있다. 따라서 제1 회동축(222)과 제2 회동축(224)은 본 실시예에 도시된 바와 같이 하나의 평면상에 배치됨이 바람직하다.
또한, 코일조립체(510, 520)와 마그네트(410, 420) 사이에서 발생되는 전자기력을 보다 효과적으로 제2 회동브라켓(230) 회동에 사용할 수 있도록, 코일조립체(510, 520)는 도 6에 도시된 바와 같이 제1 회동브라켓(210) 및 제2 회동브라켓(230)의 배열방향 중심축을 중심으로 방사형으로 배열되되 상기 제1 회동축(222) 및 제2 회동축(224)의 양측 연장선상에 각각 하나씩 배치되고, 마그네트(410, 420)는 도 2에 도시된 바와 같이 각 코일조립체(510, 520)의 외측단과 마주보는 지점에 위치되도록 회동하우징(300)의 측판(320)에 결합됨이 바람직하다. 즉, 제1 회동축(222)의 길이방향 양단의 연장선상에 제1 마그네트(410) 및 제1 코일조립체(510)가 순차적으로 위치되고, 제2 회동축(224)의 길이방향 양단의 연장선상에 제2 마그네트(420) 및 제2 코일조립체(520)가 순차적으로 위치됨이 바람직하다.
제1 마그네트(410) 및 제1 코일조립체(510)가 제1 회동축(222) 상에 배치된다는 것은 제2 회동축(224)과 직각을 이루게 된다는 것이므로, 제1 마그네트(410)가 제1 코일조립체(510)에 대해 상하로 회동하는 힘은 제2 마그네트(420)를 제2 회동축(224)을 중심으로 회동시키는데 효과적으로 사용된다. 마찬가지로 제2 마그네트(420) 및 제2 코일조립체(520)가 제2 회동축(224) 상에 배치된다는 것은 제1 회동축(222)과 직각을 이루게 된다는 것이므로, 제2 마그네트(420)가 제2 코일조립체(520)에 대해 상하로 회동하는 힘은 제2 마그네트(420)를 제1 회동축(222)을 중심으로 회동시키는데 효과적으로 사용된다.
도 7은 도 3에 도시된 상태에서 제1 회동축(222)을 중심으로 회동하우징(300)이 회동된 형상을 도시하고, 도 8은 도 2에 도시된 B-B선을 따르는 부분단면도이며, 도 9는 도 8에 도시된 상태에서 제2 회동축(224)을 중심으로 회동하우징(300)이 회동된 형상을 도시한다.
도 3에 도시된 상태에서 제2 코일조립체(520)에 전류가 인가되어 상기 제2 코일조립체(520)의 끝단측에 S극이 형성되면, 제2 마그네트(420)는 N극과 제2 코일조립체(520) 사이에는 인력이 발생되는바, 상기 회동하우징(300)은 제1 회동축(222)을 중심으로 한 쌍의 제2 마그네트(420) N극이 제2 코일조립체(520) 끝단측과 가까워지는 방향(도 7에서는 시계방향)으로 회동된다. 이때, 좌측에 위치하는 제2 코일조립체(520)와 우측에 위치하는 제2 코일조립체(520)의 극방향이 동일하게 배열되면 예를 들어 한 쌍의 코일조립체(510, 520)가 모두 N극이 위를 향하도록 배열되면, 제2 코일조립체(520)의 끝단측에 S극이 형성되었을 때 한 쌍의 제2 마그네트(420)는 모두 하향으로 인력을 받게 되므로, 회동하우징(300)은 회동하지 아니하고 도 3에 도시된 상태를 그대로 유지하게 된다. 따라서 회동연결부재(220)를 중심으로 상호 반대 방향에 위치되는 한 쌍의 제2 마그네트(420)는 전극 방향이 상호 반대를 향하도록 배열됨이 바람직하다. 마찬가지로 회동연결부재(220)를 중심으로 상호 반대 방향에 위치되는 한 쌍의 제1 마그네트(410) 역시, 전극 방향이 상호 반대를 향하도록 배열되어야 할 것이다.
물론, 회동연결부재(220)를 중심으로 상호 반대 방향에 위치되는 한 쌍의 제2 마그네트(420)가 전극 방향이 동일하도록 배열되더라도, 한 쌍의 제2 코일조립체(520)로 인가되는 전류의 흐름 방향이 반대가 되도록 제어하면 어느 하나의 제2 코일조립체(520) 끝단측에는 N극이 발생되고 다른 하나의 제2 코일조립체(520) 끝단측에는 S극이 발생되는바, 회동하우징(300)이 어느 일측으로 회동될 수 있다.
즉, 코일조립체(510, 520)에 전류가 인가될 때 회동하우징(300)이 어느 일측으로 회동될 수 있도록 하기 위해서는, 회동연결부재(220)를 중심으로 상호 반대 방향에 위치되는 한 쌍의 마그네트(410, 420) 전극배열 방향을 반대로 설정하는 방법과, 회동연결부재(220)를 중심으로 상호 반대 방향에 위치되는 한 쌍의 코일조립에 서로 다른 방향으로 전류를 인가하는 방법이 사용될 수 있는데, 이는 본 발명에 의한 다자유도 구동장치의 용도 및 사용자의 요구 등에 따라 자유롭게 선택될 수 있다.
또한, 도 8에 도시된 상태에서 제1 코일조립체(510)에 전류가 인가되어 상기 제1 코일조립체(510)의 끝단측에 N극이 형성되면, 제1 마그네트(410)는 S극과 제1 코일조립체(510) 사이에는 인력이 발생되는바, 상기 회동하우징(300)은 도 9에 도시된 바와 같이 제2 회동축(224)을 중심으로 한 쌍의 제1 마그네트(410) S극이 제1 코일조립체(510) 끝단측과 가까워지는 방향(도 9에서는 반시계방향)으로 회동된다. 제2 회동브라켓(230)이 제2 회동축(224)을 중심으로 회동되는 경우와 제2 회동브라켓(230)이 제1 회동축(222)을 중심으로 회동되는 경우를 비교해 보면, 제2 회동브라켓(230)이 회동연결부재(220)와 함께 회동을 하는지 또는 제2 회동브라켓(230)만이 회동되는지에만 차이가 있을 뿐, 마그네트(410, 420)와 코일조립체(510, 520) 간의 전자기력 발생 및 회동하우징(300) 회동과정은 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
한편, 마그네트(410, 420)가 회동될 때 코일조립체(510, 520)와 간섭되지 아니하도록, 마그네트(410, 420)와 코일조립체(510, 520) 사이에는 에어갭이 유지되어야 하는데, 상기 마그네트(410, 420)의 회동 각도에 따라 에어갭의 크기가 변동되면 전자기력 발생이 불균일해지고, 이에 따라 회동하우징(300)의 회동을 정확하게 제어할 수 없게 된다는 문제가 발생될 수 있다. 따라서 마그네트(410, 420)와 코일조립체(510, 520)는, 상호간에 발생되는 전자기력에 의해 상대위치가 변경되더라도 상호간의 이격거리가 일정하게 유지되도록, 서로 마주보는 면이 곡면으로 형성됨이 바람직하다. 즉, 마그네트(410, 420)는 코일조립체(510, 520)와 마주보는 면이 오목하게 형성되고, 코일조립체(510, 520)는 마그네트(410, 420)와 마주보는 면이 볼록하게 형성되되, 상기 마그네트(410, 420)의 오목면과 코일조립체(510, 520)의 볼록면은 곡률중심이 마그네트(410, 420)의 회동중심과 일치하도록 설계되어 마그네트(410, 420)가 어떤 방향으로 회동되더라도 마그네트(410, 420)와 코일조립체(510, 520) 간의 에어갭이 항상 일정하게 유지될 수 있도록 구성됨이 바람직하다.
이와 같이 본 발명에 의한 다자유도 구동장치는, 회동하우징(300)이 서로 다른 2개의 회동축을 중심으로 회동될 수 있으므로 다양한 방향으로의 틸팅이 가능해지고, 코일조립체(510, 520)로 인가되는 전류의 방향만을 전환시킴으로써 회동하우징(300)의 회동방향을 간편하게 변경시킬 수 있다는 장점이 있다. 또한, 본 발명에 의한 다자유도 구동장치는 종래의 다자유도 구동장치에 비해 전자기력을 발생하는 유닛(마그네트(410, 420)와 코일조립체(510, 520))을 제외한 나머지 구성이 매우 간단하므로, 동일 크기 대비 큰 출력을 발생시킬 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의한 다자유도 구동장치는, 상기 회동하우징(300)에 리니어모터 또는 스핀들모터 등 다양한 구조의 구동장치를 추가로 장착하여, 3자유도 이상의 동작 구현이 가능하도록 구성될 수 있다. 즉, 본 발명에 의한 다자유도 구동장치는, 자유도 추가가 매우 용이하여 보다 많은 분야에서 널리 활용될 수 있다는 장점이 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
100 : 베이스부재 210 : 제1 회동브라켓
220 : 회동연결부재 230 : 제2 회동브라켓
300 : 회동하우징 410 : 제1 마그네트
420 : 제2 마그네트 510 : 제1 코일조립체
520 : 제2 코일조립체

Claims (10)

  1. 회동연결부재에 제1 회동축과 제2 회동축을 중심으로 회동 가능한 구조로 각각 연결되는 제1 회동브라켓 및 제2 회동브라켓;
    상기 제1 회동브라켓과 제2 회동브라켓 중 어느 하나에 연결되는 마그네트;
    상기 제1 회동브라켓과 제2 회동브라켓 중 다른 하나에 연결되는 코일조립체;
    를 포함하여, 상기 마그네트와 코일조립체 간에 발생되는 전자기력에 의해 상기 제1 회동브라켓과 제2 회동브라켓 중 적어도 하나가 회동되는 것을 특징으로 하는 다자유도 구동장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마그네트와 코일조립체는, 상기 제1 회동브라켓과 제2 회동브라켓의 배열방향 중심축을 중심으로 방사형으로 배열되되, 상기 제1 회동축 및 제2 회동축의 연장선상에 배치되는 것을 특징으로 하는 다자유도 구동장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 회동축과 제2 회동축은 직각으로 교차되는 것을 특징으로 하는 다자유도 구동장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 회동축과 제2 회동축은 하나의 평면상에 배열되는 것을 특징으로 하는 다자유도 구동장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 회동축과 제2 회동축은 각각 X축 방향과 Y축 방향으로 배치되고,
    상기 제1 회동브라켓과 상기 회동연결부재와 상기 제2 회동브라켓은 Z축 방향으로 배열되며,
    상기 마그네트는 양 극이 Z축 방향으로 배열되도록 장착되는 것을 특징으로 하는 다자유도 구동장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 마그네트와 코일조립체는, 상호간에 발생되는 전자기력에 의해 상대위치가 변경되더라도 상호간의 이격거리가 일정하게 유지되도록, 서로 마주보는 면이 곡면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 다자유도 구동장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 회동브라켓과 결합되는 베이스부재와, 상기 제2 회동브라켓과 결합되는 회동하우징을 더 포함하며,
    상기 마그네트는 상기 베이스부재와 회동하우징 중 어느 하나에 결합되고, 상기 코일조립체는 상기 베이스부재와 회동하우징 중 다른 하나에 결합되어, 상기 마그네트와 코일조립체 간에 발생되는 전자기력에 의해 상기 회동하우징이 회동되는 것을 특징으로 하는 다자유도 구동장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 회동브라켓은 상기 베이스부재 상면에 결합되고, 상기 회동하우징은 상기 제2 회동브라켓의 상면에 결합되되,
    상기 제1 회동브라켓 중 상기 베이스부재에 결합되는 부위와 제2 회동브라켓 중 상기 회동하우징에 결합되는 부위는, 상기 회동연결부재로부터 각각 하측과 상측으로 이격된 지점에 위치되는 것을 특징으로 하는 다자유도 구동장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 회동하우징은, 상기 제2 회동브라켓의 상면에 결합되는 상판과, 상기 상판의 가장자리로부터 하향 연장되는 측판으로 구성되고,
    상기 베이스부재의 상면에는 상향 돌출되는 돌출단이 형성되어,
    상기 마그네트와 코일조립체는 상기 측판과 돌출단 중 어느 하나에 각각 결합되는 것을 특징으로 하는 다자유도 구동장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 마그네트는 상기 회동하우징에 결합되고, 상기 코일조립체는 베이스부재에 결합되는 것을 특징으로 하는 다자유도 구동장치.
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