KR20170130647A - Artificial muscle module, Manufacturing method for the artificial muscle module and Control system of the artificial muscle module - Google Patents

Artificial muscle module, Manufacturing method for the artificial muscle module and Control system of the artificial muscle module Download PDF

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Abstract

The present invention relates to an artificial muscle module having a fast operation speed and a simple coupling structure and being easily applied to an artificial joint, an artificial muscle assembly having an antagonistic structure using the artificial muscle module, an artificial joint system using the artificial muscle assembly, and an artificial muscle assembly control method. To this end, the present invention provides an artificial muscle assembly comprising: a first artificial muscle module including a first thermal reaction drive unit whose shape is deformed in response to heat, and a first casing unit forming a first inner space and connected to and deformed together with the first thermal reaction drive unit; a second artificial muscle module including a second thermal reaction drive unit whose shape is deformed in response to heat, and a second casing unit forming a second inner space and connected to and deformed together with the second thermal reaction drive unit; and a fluid movement passage connecting the first casing unit and the second casing unit so that the first inner space communicates with the second inner space. Also, the present invention provides an artificial joint system using the artificial muscle assembly, an artificial muscle assembly control method, and an artificial muscle module applied to the artificial muscle assembly.

Description

인공근육모듈, 이를 이용한 길항구조를 갖는 인공근육 어셈블리, 인공근육 어셈블리를 이용한 인공관절시스템 및 인공근육 어셈블리의 제어방법{Artificial muscle module, Manufacturing method for the artificial muscle module and Control system of the artificial muscle module}TECHNICAL FIELD The present invention relates to an artificial muscle module, an artificial muscle assembly having an antagonistic structure using the artificial muscle module, an artificial muscle system using the artificial muscle assembly, and a control method of the artificial muscle assembly.

본 발명은 인공근육모듈, 인공근육 어셈블리, 인공관절시스템 및 인공근육 어셈블리의 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 빠른 동작속도를 가지고, 간단한 결합구조를 가지면서 인공관절에 용이하게 적용될 수 있는 인공근육모듈, 이를 이용한 길항구조를 갖는 인공근육 어셈블리, 인공근육 어셈블리를 이용한 인공관절시스템 및 인공근육 어셈블리 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of controlling an artificial muscle module, an artificial muscle assembly, an artificial joint system and an artificial muscle assembly, and more particularly, to a method of controlling an artificial muscle module, A muscle module, an artificial muscle assembly having an antagonistic structure using the artificial muscle assembly, and an artificial joint system and an artificial muscle assembly control method using the artificial muscle assembly.

종래의 일반적인 로봇은 동작을 위해 단순한 모터와 기어의 회전을 통하여 회전하게 되며, 상기의 전동식 모터를 이용한 구동기구에서는 전달기구, 감속기구 등이 필요하므로 로봇의 경량화 및 유연관절 구현에 한계가 있을 뿐만 아니라, 모터와 기어의 회전에 따른 소음이 발생하는 문제점이 있다.Conventional general robots rotate through simple motor and gear rotation for operation. In the drive mechanism using the electric motor, a transmission mechanism, a deceleration mechanism, and the like are required. Therefore, there is a limitation in weight reduction of a robot and implementation of a flexible joint However, there is a problem that noise due to the rotation of the motor and the gear occurs.

상기의 문제점을 해결하기 위해 인공적인 재료를 이용하여 인간의 근육을 모방하고, 이를 이용함으로써 기계적 동작을 수행하는 인공근육에 대한 연구가 진행되고 있다.In order to solve the above problems, artificial muscles that imitate human muscles by using artificial materials and perform mechanical operations by using them are being studied.

인공근육은 대개 자유로운 신체활동이 어려운 장애인의 팔다리 역할을 하는 재활 로봇이나, 우주 탐사 또는 해저 탐사나 원자력발전소 같이 인간이 직접 작업하기 어려운 특수 환경에서 작업을 수행하는 작업용 로봇, 더 나아가 초소형이며 고도의 복잡한 동작을 위한 미세전자기계시스템(Micro Electro Mechanical System, MEMS) 같은 첨단 제품 등에 활용되기 위한 목적으로 제작되고 있다. Artificial muscles are usually rehabilitation robots that serve as the limbs of disabled persons with difficult physical activities, but also work robots that perform tasks in special environments that are difficult for humans to work directly with, such as space exploration or submarine exploration or nuclear power plants. Furthermore, And for high-end products such as micro electro mechanical systems (MEMS) for complex operation.

인공근육의 최우선 과제는 생체근육과 같이 유연하고 신속한 반응을 확보하는 것인데, 종래의 인공근육들은 생체근육과 같은 빠른 응답성을 확보하기에 어려운 점이 있다.The primary task of artificial muscles is to obtain a flexible and rapid response like the biomechanics. Conventional artificial muscles have difficulties in securing quick response, such as the biomechanics.

예를 들면, 상기 인공근육은 온도에 따라 모양이 바뀌는 형상기억합금(Shape-memory Alloy, SMA)으로 구현될 수 있으나, 온도변화에 따른 변위가 생체근육의 실제변위에 미치지 못하고, 상기 형상기억합금을 빠르게 가열하거나 냉각하는 데 있어서 구조적인 한계를 갖는다.For example, the artificial muscle may be implemented as a shape memory alloy (SMA) whose shape changes according to the temperature, but the displacement due to the temperature change does not reach the actual displacement of the living muscle, Lt; RTI ID = 0.0 > rapidly < / RTI >

대한민국 등록특허공보 제10-0911269호(발명의 명칭: 동작지원장치 및 동작지원 방법, 공고일: 2009년 8월 11일)Korean Patent Registration No. 10-0911269 (Title: Operation Supporting Device and Operation Supporting Method, Notification Date: August 11, 2009)

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 빠른 동작속도를 가지고, 간단한 결합구조를 가지는 인공근육모듈 및 이를 이용한 길항구조를 갖는 인공근육 어셈블리를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides an artificial muscle module having a simple coupling structure and a artificial muscle assembly having an antagonistic structure using the artificial muscle module.

본 발명의 해결하고자 하는 다른 과제는 인공관절에 용이하게 적용될 수 있는 길항구조의 인공근육 어셈블리를 통하여 실제 관절과 유사하게 작동될 수 있는 관절구조를 갖는 인공관절시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an artificial joint system having an articulated structure that can be operated in a manner similar to an actual joint through an artificial muscle assembly having an antagonistic structure that can be easily applied to the artificial joint.

본 발명의 해결하고자 하는 또 다른 과제는 실제 근육의 변위에 대응할 수 있도록 인공근육모듈의 변위를 빠르고 정확하게 제어할 수 있는 인공근육 어셈블리의 제어방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a control method of an artificial muscle assembly capable of quickly and accurately controlling displacement of an artificial muscle module so as to cope with a displacement of a real muscle.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 열에 반응하면서 형상이 변형되는 제1 열반응 구동유닛과, 제1 내부공간을 형성하면서 상기 제1 열반응 구동유닛과 연결되어 함께 변형되는 제1 케이싱유닛을 갖는 제1 인공근육모듈; 열에 반응하면서 형상이 변형되는 제2 열반응 구동유닛과, 제2 내부공간을 형성하면서 상기 제2 열반응 구동유닛과 연결되어 함께 변형되는 제2 케이싱유닛을 갖는 제2 인공근육모듈; 그리고, 상기 제1 내부공간과 상기 제2 내부공간을 연통시키기 위하여 상기 제1 케이싱유닛과 상기 제2 케이싱유닛을 연결하는 유체이동관을 포함하며, 상기 제1 열반응 구동유닛이 수축되는 경우에 상기 제1 케이싱유닛이 함께 수축되면서 상기 제1 내부공간에 존재하는 냉각유체가 상기 제2 내부공간으로 이동되고, 상기 제2 내부공간으로 이동된 냉각유체에 의하여 상기 제2 열반응 구동유닛 및 상기 제2 케이싱유닛이 이완되는 것을 특징으로 하는 길항구조를 갖는 인공근육 어셈블리를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a heat exchanger including a first thermal reaction drive unit which is deformed in response to heat and a second thermal reaction drive unit which is connected to the first thermal reaction drive unit, A first artificial muscle module having a first artificial muscle module; A second artificial muscle module having a second thermal reaction drive unit in which a shape is deformed in response to heat and a second casing unit connected to the second thermal reaction drive unit while being deformed while forming a second inner space; And a fluid movement pipe connecting the first casing unit and the second casing unit to communicate the first inner space and the second inner space, wherein when the first thermal reaction drive unit is contracted, The first casing unit is contracted together to move the cooling fluid present in the first internal space to the second internal space and the cooling fluid transferred to the second internal space, 2 casing unit is loosened. The present invention provides an artificial muscle assembly having an antagonistic structure.

상기 제1 케이싱유닛은 신축가능한 제1 신축관과, 상기 제1 신축관의 일단에 배치되는 제1 마개와, 상기 제1 신축관의 타단에 배치되는 제2 마개를 포함하며, 상기 제2 마개에는 상기 유체이동관과 연통되는 제1 연통홀이 형성될 수 있다.Wherein the first casing unit comprises a first expansion pipe capable of being expanded and contracted, a first plug disposed at one end of the first expansion pipe, and a second plug disposed at the other end of the first expansion pipe, A first communication hole communicating with the fluid moving tube may be formed.

상기 제1 열반응 구동유닛은 열에 반응하는 제1 형상기억합금 스프링을 포함하며, 상기 제1 형상기억합금 스프링의 일단은 상기 제1 마개를 관통하면서 외부의 전원공급유닛과 연결되고, 상기 제1 형상기억합금 스프링의 타단은 상기 제2 마개를 관통하면서 상기 전원공급유닛과 연결될 수 있다.Wherein the first thermal reaction drive unit includes a first shape memory alloy spring that is responsive to heat, one end of the first shape memory alloy spring is connected to an external power supply unit while passing through the first stopper, And the other end of the shape memory alloy spring may be connected to the power supply unit while passing through the second stopper.

상기 제1 형상기억합금 스프링의 일단은 상기 제1 마개와 결합되고, 상기 제1 형상기억합금 스프링의 타단은 상기 제2 마개와 결합되어 상기 제1 형상기억합금 스프링의 수축 또는 이완시 상기 제1 형상기억합금 스프링의 길이방향을 따라 상기 제1 마개 및 상기 제2 마개가 함께 이동될 수 있다.Wherein one end of the first shape memory alloy spring is engaged with the first stopper and the other end of the first shape memory alloy spring is engaged with the second stopper so that when the first shape memory alloy spring is contracted or relaxed, The first stopper and the second stopper can be moved together along the longitudinal direction of the shape memory alloy spring.

상기 인공근육 어셈블리는 상기 제1 내부공간 및 상기 제2 내부공간에 새로운 냉각유체를 공급하기 위하여 상기 유체이동관에서 분기되는 유체공급관과, 상기 제1 내부공간 및 상기 제2 내부공간에 존재하던 냉각유체를 외부로 배출하기 위하여 상기 유체이동관에서 분기되는 유체배출관을 더 포함할 수 있다.Wherein the artificial muscle assembly includes a fluid supply pipe that branches off from the fluid flow tube to supply a new cooling fluid to the first internal space and the second internal space, And a fluid discharge pipe branching from the fluid flow pipe to discharge the fluid to the outside.

상기 제1 열반응 구동유닛의 다른 실시 예에 따르면, 상기 제1 열반응 구동유닛은 열에 반응하는 제1 형상기억합금 스프링 단위체를 포함하며, 상기 제1 형상기억합금 스프링 단위체는 형상기억합금 재질로 제작되는 제1 와이어부재와, 상기 제1 와이어부재에 열을 공급하기 위한 제1 저항선과, 상기 제1 와이어부재와 상기 제1 저항선 사이에 배치되어 상기 제1 와이어부재와 상기 제1 저항선을 전기적으로 절연시키는 제1 절연부재를 포함할 수 있다.According to another embodiment of the first thermal reaction drive unit, the first thermal reaction drive unit includes a first shape memory alloy spring unit that is responsive to heat, and the first shape memory alloy spring unit is a shape memory alloy material A first resistance wire for supplying heat to the first wire member; and a second resistance wire disposed between the first wire member and the first resistance wire to electrically connect the first wire member and the first resistance wire The first insulating member may be formed of a metal.

상기 제1 열반응 구동유닛의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 제1 열반응 구동유닛은 상기 제1 형상기억합금 스프링 단위체와 병렬로 배치되며 상기 제1 형상기억합금 스프링 단위체와 실질적으로 동일한 구조를 갖는 제2 형상기억합금 스프링 단위체를 포함할 수 있다. According to another embodiment of the first thermal reaction drive unit, the first thermal reaction drive unit is arranged in parallel with the first shape memory alloy spring unit and has substantially the same structure as the first shape memory alloy spring unit And the second shape memory alloy spring unit having the second shape memory alloy spring unit.

한편, 본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 본 발명은 열에 반응하면서 형상이 변형되는 열반응 구동유닛; 그리고, 상기 열반응 구동유닛을 냉각시키기 위한 냉각유체가 채워지는 내부공간을 형성하면서 상기 열반응 구동유닛과 결합되어 상기 열반응 구동유닛의 변형시 함께 변형되는 케이싱유닛을 포함하며, 상기 열반응 구동유닛은 형상기억합금 스프링 단위체를 포함하고, 상기 형상기억합금 스프링 단위체는 형상기억합금 재질로 제작되는 와이어부재와, 상기 와이어부재에 열을 공급하기 위한 저항선과, 상기 와이어부재와 상기 저항선 사이에 배치되어 상기 와이어부재와 상기 저항선을 전기적으로 절연시키는 절연부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공근육모듈을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a thermal reaction drive unit in which a shape is deformed in response to heat; And a casing unit coupled to the thermal reaction drive unit while being deformed when the thermal reaction drive unit is deformed while forming an inner space filled with a cooling fluid for cooling the thermal reaction drive unit, Wherein the shape memory alloy spring unit comprises a wire member made of a shape memory alloy material, a resistance wire for supplying heat to the wire member, and a resistance wire arranged between the wire member and the resistance wire And an insulating member electrically insulated from the wire member and the resistance wire.

본 발명의 또 다른 실시 형태에 의하면, 상술한 인공근육 어셈블리를 포함하는 인공관절 시스템에 있어서, 제1 골격몸체와, 상기 제1 골격몸체상에 구비되어 상기 인공근육 어셈블리를 지지하는 제1 지지부재 및 제2 지지부재를 갖는 제1 골격유닛; 제2 골격몸체와, 상기 제2 골격몸체상에 구비되어 상기 인공근육 어셈블리를 지지하는 제3 지지부재 및 제4 지지부재를 갖는 제2 골격유닛; 그리고, 상기 제1 골격유닛과 상기 제2 골격유닛 사이에 배치되어 상기 제1 골격유닛과 상기 제2 골격유닛이 서로 상대운동 가능하도록 하는 관절유닛을 포함하며, 상기 제1 인공근육모듈과 상기 제2 인공근육모듈은 상기 관절유닛을 기준으로 서로 반대방향에 배치되어 길항구조를 갖는 것을 특징으로 하는 인공관절시스템을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an artificial joint system including the artificial muscle assembly described above, including: a first skeletal body; a first support member provided on the first skeletal body and supporting the artificial muscle assembly; A first skeleton unit having a first support member and a second support member; A second skeleton body having a second skeletal body, a third skeletal member provided on the second skeletal body and supporting the artificial muscle assembly, and a fourth skeletal member; And a joint unit disposed between the first skeleton unit and the second skeleton unit and allowing the first skeleton unit and the second skeleton unit to move relative to each other, And the two artificial muscle modules are disposed in opposite directions to each other with respect to the articulation unit so as to have an antagonistic structure.

상기 제1 인공근육모듈의 일단은 상기 제1 지지부재와 결합되고, 상기 제1 인공근육모듈의 타단은 상기 제3 지지부재와 결합되며, 상기 제2 인공근육모듈의 일단은 상기 제2 지지부재에 결합되고, 상기 제2 인공근육모듈의 타단은 상기 제4 지지부재와 결합될 수 있다.Wherein one end of the first artificial muscle module is coupled to the first support member, the other end of the first artificial muscle module is coupled to the third support member, and one end of the second artificial muscle module is connected to the second support member And the other end of the second artificial muscle module may be engaged with the fourth support member.

상기 제1 지지부재는 상기 제1 골격몸체에 고정된 제1 고정프레임과, 일단은 상기 제1 고정프레임에 결합되고 타단은 상기 제1 인공근육모듈의 일단과 결합되어 길이가 가변되는 제1 가변프레임을 포함할 수 있다.Wherein the first support member includes a first fixed frame fixed to the first skeletal body, a first variable frame having one end coupled to the first fixed frame and the other end coupled to one end of the first artificial muscle module, Frame.

본 발명의 또 다른 실시 형태에 의하면, 본 발명은 상술한 인공근육 어셈블리를 포함하는 인공관절 시스템에 있어서, 상기 인공근육 어셈블리의 내부에 존재하는 냉각유체의 특성값을 측정하는 제1 센싱유닛; 상기 인공근육 어셈블리의 내부로 새로운 냉각유체를 공급하거나 상기 인공근육 어셈블리 내부의 냉각유체를 외부로 배출하기 위한 냉각유체 순환유닛; 상기 제1 열반응 구동유닛 및 상기 제2 열반응 구동유닛의 특성값을 측정하는 제2 센싱유닛; 그리고, 상기 제1 센싱유닛 및 상기 제2 센싱유닛으로부터 수신한 특성값들을 바탕으로 상기 냉각유체 순환유닛, 상기 제1 열반응 구동유닛 및 상기 제2 열반응 구동유닛을 제어하는 제어유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 인공관절시스템을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an artificial joint system including the above-described artificial muscle assembly, comprising: a first sensing unit for measuring a characteristic value of a cooling fluid existing inside the artificial muscle assembly; A cooling fluid circulating unit for supplying a new cooling fluid to the inside of the artificial muscle assembly or discharging a cooling fluid inside the artificial muscle assembly to the outside; A second sensing unit for measuring a characteristic value of the first thermal reaction drive unit and the second thermal reaction drive unit; And a control unit for controlling the cooling fluid circulation unit, the first thermal reaction drive unit and the second thermal reaction drive unit based on the characteristic values received from the first sensing unit and the second sensing unit Wherein the artificial joint system comprises:

본 발명의 또 다른 실시 형태에 의하면, 본 발명은 상기 인공근육 어셈블리를 제어함에 있어서, 상기 인공근육 어셈블리의 내부에 존재하는 냉각유체의 특성값을 측정하는 단계; 상기 제1 열반응 구동유닛의 특성값 및 상기 제2 열반응 구동유닛의 특성값을 측정하는 단계; 상기 냉각유체의 특성값을 바탕으로 상기 인공근육 어셈블리의 내부로 새로운 냉각유체를 공급하거나 상기 인공근육 어셈블리 내부의 냉각유체를 외부로 배출하기 위한 냉각유체 순환유닛을 제어하는 단계; 그리고, 상기 제1 열반응 구동유닛의 특성값 및 상기 제2 열반응 구동유닛의 특성값을 바탕으로 상기 제1 인공근육모듈 또는 상기 제2 인공근육모듈을 선택적으로 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공근육 어셈블리의 제어방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of controlling an artificial muscle assembly, comprising: measuring a characteristic value of a cooling fluid existing in the artificial muscle assembly in controlling the artificial muscle assembly; Measuring a characteristic value of the first thermal reaction drive unit and a characteristic value of the second thermal reaction drive unit; Controlling a cooling fluid circulation unit for supplying a new cooling fluid to the inside of the artificial muscle assembly or discharging a cooling fluid inside the artificial muscle assembly to the outside based on the characteristic value of the cooling fluid; And selectively controlling the first artificial muscle module or the second artificial muscle module based on the characteristic value of the first thermal reaction drive unit and the characteristic value of the second thermal reaction drive unit And a control method of the artificial muscle assembly.

본 발명에 따른 인공근육모듈, 이를 이용한 길항구조를 갖는 인공근육 어셈블리, 인공근육 어셈블리를 이용한 인공관절시스템 및 인공근육 어셈블리 제어방법의 효과를 설명하면 다음과 같다.The artificial muscle module according to the present invention, an artificial muscle assembly having an antagonistic structure using the same, an artificial joint system using artificial muscle assembly, and an artificial muscle assembly control method will be described as follows.

첫째, 제1 인공근육모듈과 제2 인공근육모듈이 열에 의하여 변형되며, 상기 제1 인공근육모듈 및 상기 제2 인공근육모듈이 변형되는 동안 상기 제1 인공근육모듈과 상기 제2 인공근육모듈의 내부에 존재하는 냉각유체가 상호 이동하는 길항구조를 가지도록 함으로써 인공근육 어셈블리가 간단한 구조를 가지면서도 빠른 동작속도를 가질 수 있는 이점이 있다.First, the first artificial muscle module and the second artificial muscle module are deformed by heat, and while the first artificial muscle module and the second artificial muscle module are deformed, the first artificial muscle module and the second artificial muscle module, By having the cooling fluid present therein to have an antagonistic structure of mutual movement, there is an advantage that the artificial muscle assembly can have a simple structure and a fast operation speed.

둘째, 제1 인공근육모듈과 제2 인공근육모듈이 관절유닛을 기준으로 서로 반대방향에 배치된 상태에서 제1 인공근육모듈이 수축되는 경우에 상기 제1 인공근육모듈에서 배출되는 냉각유체가 상기 제2 인공근육모듈로 유입되어 상기 제2 인공근육모듈이 이완되는 운동을 도와줌으로써 관절운동이 용이한 이점이 있다.Second, when the first artificial muscle module is contracted in a state where the first artificial muscle module and the second artificial muscle module are disposed opposite to each other with reference to the joint unit, the cooling fluid discharged from the first artificial muscle module The second artificial muscle module is allowed to flow into the second artificial muscle module, thereby facilitating the movement of the second artificial muscle module.

이로 인하여, 인간의 실제관절과 유사하게 작동될 수 있는 관절구조를 갖는 인공관절시스템을 구현할 수 있게 된다.This makes it possible to implement an artificial joint system having an articulated structure that can be operated similar to a human actual joint.

셋째, 센싱유닛에서 측정된 인공근육 어셈블리의 상태정보를 바탕으로 제1 열반응 구동유닛, 제2 열반응 구동유닛 및 냉각유체 순환유닛을 제어함으로써 실제 근육의 변위에 대응할 수 있도록 인공근육모듈의 변위를 빠르고 정확하게 제어할 수 있는 이점이 있다.Third, by controlling the first thermal reaction drive unit, the second thermal reaction drive unit, and the cooling fluid circulation unit based on the state information of the artificial muscle assembly measured by the sensing unit, the displacement of the artificial muscle module Can be controlled quickly and precisely.

도 1은 본 발명에 따른 인공근육 어셈블리의 일 실시 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 인공근육 어셈블리에 구비된 제1 인공근육모듈이 수축되는 상태는 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1의 인공근육 어셈블리에 구비된 제2 인공근육모듈이 수축되는 상태를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 인공근육 어셈블리의 다른 실시 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1의 인공근육 어셈블리가 적용된 인공관절시스템의 일 실시 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5의 인공관절시스템에 구비된 골격유닛이 굽혀진 상태를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 5의 인공관절시스템에 구비된 골격유닛이 펴진 상태를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 인공관절시스템에 구비된 제어장치들을 나타낸 도면이다.1 is a view showing an embodiment of an artificial muscle assembly according to the present invention.
FIG. 2 is a view showing a state in which the first artificial muscle module provided in the artificial muscle assembly of FIG. 1 is contracted.
FIG. 3 is a view showing a state in which the second artificial muscle module provided in the artificial muscle assembly of FIG. 1 is contracted.
4 is a view showing another embodiment of an artificial muscle assembly according to the present invention.
FIG. 5 is a view showing an embodiment of an artificial joint system to which the artificial muscle assembly of FIG. 1 is applied.
FIG. 6 is a view showing a skeleton unit provided in the artificial joint system of FIG. 5 bent.
FIG. 7 is a view showing the skeleton unit provided in the artificial joint system of FIG. 5 being opened.
FIG. 8 is a block diagram of a control apparatus included in the artificial joint system according to the present invention.

이하, 상술한 해결하고자 하는 과제가 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시 예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 하기에서 생략된다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention in which the above-mentioned problems to be solved can be specifically realized will be described with reference to the accompanying drawings. In describing the embodiments, the same names and the same symbols are used for the same configurations, and additional description therefor will be omitted below.

도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 인공근육 어셈블리의 일 실시 예를 설명하면 다음과 같다.1 to 3, an embodiment of the artificial muscle assembly according to the present invention will be described as follows.

상기 인공근육 어셈블리는 제1 인공근육모듈(100), 제2 인공근육모듈(200) 및 상기 제1 인공근육모듈(100)과 상기 제2 인공근육모듈(200)을 연결하는 유체이동관(300)을 포함한다.The artificial muscle assembly includes a first artificial muscle module 100, a second artificial muscle module 200 and a fluid movement tube 300 connecting the first artificial muscle module 100 and the second artificial muscle module 200, .

상기 제1 인공근육모듈(100)은 열에 반응하면서 형상이 변형되는 제1 열반응 구동유닛과, 제1 내부공간(S1)을 형성하면서 상기 제1 열반응 구동유닛과 연결되어 함께 변형되는 제1 케이싱유닛(120)을 포함한다.The first artificial muscle module 100 includes a first thermal reaction drive unit which is deformed in response to heat and a second thermal reaction drive unit which is connected to the first thermal reaction drive unit and forms a first inner space S1, And a casing unit (120).

상기 제1 열반응 구동유닛은 열에 반응하는 제1 형상기억합금 스프링(110)을 포함한다. 상기 제1 형상기억합금 스프링(110)은 형상기억합금 재질의 와이어가 스프링 가공을 통하여 구현되며, 열에 의하여 수축 또는 이완된다.The first thermal reaction drive unit includes a first shape memory alloy spring (110) responsive to heat. The first shape memory alloy spring 110 is formed by a spring-shaped wire of a shape memory alloy material and is contracted or relaxed by heat.

본 실시 예에서 상기 제1 열반응 구동유닛은 한 쌍의 제1 형상기억합금 스프링으로 구성되고, 한 쌍의 제1 형상기억합금 스프링은 서로 병렬배치된다. 물론, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 제1 형상기억합금 스프링(110)의 개수는 하나 이상으로 구비될 수 있다.In the present embodiment, the first thermal reaction drive unit is constituted by a pair of first shape memory alloy springs, and the pair of first shape memory alloy springs are arranged in parallel with each other. Of course, the present invention is not limited to this, and the number of the first shape memory alloy springs 110 may be one or more.

또한, 상기 제1 열반응 구동유닛은 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 제작될 수 있다.The first thermal reaction drive unit may include various thermal reaction materials that react by heat such as a shape memory resin, a shape memory polymer (SMP), a carbon nanotube, , Polyethylene, polyamide, nylon, and the like.

상기 제1 케이싱유닛(120)은 신축가능한 제1 신축관(121)과, 상기 제1 신축관(121)의 일단에 배치되는 제1 마개(123)와, 상기 제1 신축관(121)의 타단에 배치되는 제2 마개(125)를 포함한다.The first casing unit 120 includes a first extensible tube 121 capable of expanding and contracting, a first plug 123 disposed at one end of the first expansion and contraction tube 121, And a second stopper 125 disposed at the other end.

본 실시 예에서는 상기 제1 신축관(121)으로 벨로우즈관이 사용되지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 제1 신축관(121)이 외력에 의하여 변형가능한 재질 또는 구조를 가지면 어떠한 형태라도 무방하다.However, the present invention is not limited to this. When the first expansion and contraction pipe 121 has a material or structure that is deformable by an external force, the bellows pipe may be used in any form Do.

상기 제1 마개(123)는 상기 제1 신축관(121)의 일측과 기밀하게 결합되고, 상기 제2 마개(125)는 상기 제1 신축관(121)의 타측과 기밀하게 결합되어, 상기 제1 케이싱유닛(120)의 내부에 상기 제1 내부공간(S1)을 형성하게 된다. The first stopper 123 is hermetically coupled to one side of the first extension pipe 121 and the second stopper 125 is hermetically coupled to the other end of the first extension pipe 121, 1 casing unit 120 to form the first internal space S1.

상기 제1 마개(123)에는 상기 제1 형상기억합금 스프링(110)의 일단이 관통하는 제1 관통홀(미도시)이 형성되어 있고, 상기 제2 마개(125)에는 상기 제1 형상기억합금 스프링(110)의 타단이 관통하는 제2 관통홀(미도시)이 형성되어 있다. The first stopper 123 is formed with a first through hole (not shown) through which one end of the first shape memory alloy spring 110 passes, and the second stopper 125 is provided with a first through- A second through hole (not shown) through which the other end of the spring 110 passes is formed.

또한, 상기 제2 마개(125)에는 상기 유체이동관(300)과 연통되는 제1 연통홀(125a)이 형성되어 있다.In addition, the second stopper 125 is formed with a first communication hole 125a communicating with the fluid movement pipe 300. [

상기 제1 형상기억합금 스프링(110)의 일단은 상기 제1 마개(123)를 관통하면서 외부의 전원공급유닛(미도시)과 연결되고, 상기 제1 형상기억합금 스프링(110)의 타단은 상기 제2 마개(125)를 관통하면서 상기 전원공급유닛과 연결된다. One end of the first shape memory alloy spring 110 is connected to an external power supply unit (not shown) while passing through the first stopper 123, and the other end of the first shape memory alloy spring 110 is connected to an external power supply unit And is connected to the power supply unit while passing through the second stopper 125.

또한, 상기 제1 형상기억합금 스프링(110)의 일단은 상기 제1 마개(123)와 결합되고, 상기 제1 형상기억합금 스프링(110)의 타단은 상기 제2 마개(125)와 결합된다.One end of the first shape memory alloy spring 110 is coupled to the first stop 123 and the other end of the first shape memory alloy spring 110 is coupled to the second stop 125.

상기 제1 형상기억합금 스프링(110)의 수축 또는 이완시 상기 제1 형상기억합금 스프링(110)의 길이방향을 따라 상기 제1 마개(123) 및 상기 제2 마개(125)가 함께 이동하게 되고, 상기 제1 마개(123) 및 상기 제2 마개(125)가 이동함으로써 상기 제1 마개(123) 및 상기 제2 마개(125)와 결합된 상기 제1 신축관(121)이 수축 또는 이완하게 된다.The first stopper 123 and the second stopper 125 are moved together along the longitudinal direction of the first shape memory alloy spring 110 when the first shape memory alloy spring 110 is contracted or relaxed The first plug 123 and the second plug 125 move so that the first extension pipe 121 coupled with the first plug 123 and the second plug 125 is contracted or relaxed do.

여기서, 상기 제1 마개(123)와 상기 제2 마개(125)는 상기 제1 형상기억합금 스프링(110)의 온도변화를 견딜 수 있는 내열성을 가지는 것이 바람직하다.Preferably, the first stopper 123 and the second stopper 125 have heat resistance capable of withstanding a temperature change of the first shape memory alloy spring 110.

물론, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 제1 형상기억합금 스프링(110)의 일단이 관통하는 상기 제1 관통홀상에는 제1 실링부재(미도시)가 설치되고, 상기 제1 형상기억합금 스프링(110)의 타단이 관통하는 제2 관통홀상에는 제2 실링부재(미도시)가 설치될 수 있을 것이다.Of course, the present invention is not limited to this, and a first sealing member (not shown) may be provided on the first through hole through which one end of the first shape memory alloy spring 110 passes, A second sealing member (not shown) may be provided on the second through-hole through which the other end of the sealing member 110 passes.

한편, 상기 제2 인공근육모듈(200)은 열에 반응하면서 형상이 변형되는 제2 열반응 구동유닛과, 제2 내부공간(S2)을 형성하면서 상기 제2 열반응 구동유닛과 연결되어 함께 변형되는 제2 케이싱유닛(220)을 포함한다.Meanwhile, the second artificial muscle module 200 includes a second thermal reaction drive unit, which is deformed in response to heat, and a second thermal reaction drive unit, which is connected to the second thermal reaction drive unit while being deformed together And a second casing unit (220).

상기 제2 열반응 구동유닛은 제2 형상기억합금 스프링(210)을 포함하며, 상기 제2 케이싱유닛(220)은 신축가능한 제2 신축관(221)과, 상기 제2 신축관(221)의 일단에 배치되는 제3 마개(223)와, 상기 제1 신축관(121)의 타단에 배치되는 제4 마개(225)를 포함한다. The second thermal reaction drive unit includes a second shape memory alloy spring 210. The second casing unit 220 includes a second extensible tube 221 that can be expanded and contracted, A third stopper 223 disposed at one end and a fourth stopper 225 disposed at the other end of the first extendible pipe 121.

상기 제2 열반응 구동유닛은 상기 제1 열반응 구동유닛과 실질적으로 동일한 구조를 가지며, 상기 제2 케이싱유닛(220)도 상기 제1 케이싱유닛(120)과 실질적으로 동일한 구조를 가지므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 여기서, 상기 제3 마개(223)는 상기 제2 마개(125)와 대응되며, 상기 제4 마개(225)는 상기 제1 마개(123)와 대응된다.Since the second thermal reaction drive unit has substantially the same structure as the first thermal reaction drive unit and the second casing unit 220 has substantially the same structure as the first casing unit 120, A detailed description thereof will be omitted. Here, the third stopper 223 corresponds to the second stopper 125, and the fourth stopper 225 corresponds to the first stopper 123.

상기 유체이동관(300)은 상기 제1 내부공간(S1)과 상기 제2 내부공간(S2)을 연통시키기 위하여 상기 제1 케이싱유닛(120)과 상기 제2 케이싱유닛(220)을 연결한다.The fluid transfer pipe 300 connects the first casing unit 120 and the second casing unit 220 to communicate the first inner space S1 and the second inner space S2.

구체적으로, 상기 유체이동관(300)의 일단은 상기 제1 마개의 제1 연통홀(125a)과 연통되고, 상기 유체이동관(300)의 타단은 상기 제3 마개의 제2 연통홀(223a)과 연통된다. One end of the fluid transfer tube 300 communicates with the first communication hole 125a of the first stopper and the other end of the fluid transfer tube 300 communicates with the second communication hole 223a of the third stopper .

상기 제1 내부공간(S1), 상기 제2 내부공간(S2) 및 상기 유체이동관(300)에는 냉각유체(F)가 채워져 있으며, 상기 냉각유체(F)로는 물이 사용된다. 물론, 본 발명은 이에 한정되지 않고 외력에 의하여 이동될 수 있는 액체 또는 기체 상태의 물질이면 적용가능하다. The first inner space S1, the second inner space S2 and the fluid moving tube 300 are filled with a cooling fluid F, and the cooling fluid F is water. Of course, the present invention is not limited to this and can be applied to a liquid or gaseous substance which can be moved by an external force.

따라서, 상기 제1 열반응 구동유닛이 수축되는 경우에 상기 제1 케이싱유닛(120)이 함께 수축되면서 상기 제1 내부공간(S1)에 존재하는 냉각유체가 상기 제2 내부공간(S2)으로 이동되고, 상기 제2 내부공간(S2)으로 이동된 냉각유체에 의하여 상기 제2 열반응 구동유닛 및 상기 제2 케이싱유닛(220)이 이완된다. Therefore, when the first thermal reaction drive unit is contracted, the first casing unit 120 contracts together and the cooling fluid existing in the first inner space S1 moves into the second inner space S2 And the second thermal reaction drive unit and the second casing unit 220 are relaxed by the cooling fluid moved to the second inner space S2.

도 2 및 도 3을 참조하여, 상기 제1 열반응 구동유닛이 수축되는 경우와, 상기 제2 열반응 구동유닛이 수축되는 경우를 설명하면 다음과 같다.2 and 3, a case where the first thermal reaction drive unit is contracted and a case where the second thermal reaction drive unit is contracted will be described.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1 열반응 구동유닛, 즉 제1 형상기억합금 스프링(110)이 수축하게 되면 상기 제1 신축관(121)이 수축하게 되고, 상기 제1 신축관(121)이 수축하게 되면 상기 제1 내부공간(S1)에 존재하던 냉각유체(F)는 상기 유체이동관(300)을 경유하여 상기 제2 내부공간(S2)으로 유입된다. As shown in FIG. 2, when the first thermal reaction drive unit, that is, the first shape memory alloy spring 110, is contracted, the first extension pipe 121 contracts, and the first expansion pipe 121 The cooling fluid F existing in the first internal space S1 flows into the second internal space S2 via the fluid moving tube 300. [

냉각유체가 상기 제2 내부공간(S2)으로 유입되면 상기 제2 신축관(221)이 이완되면서 상기 제2 케이싱유닛(220)에 결합된 상기 제2 열반응 구동유닛, 즉 제2 형상기억합금 스프링(210)을 이완시키게 된다.When the cooling fluid flows into the second inner space S2, the second expansion pipe 221 is loosened and the second thermal reaction drive unit coupled to the second casing unit 220, that is, the second shape memory alloy Thereby causing the spring 210 to relax.

마찬가지로, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제2 형상기억합금 스프링(210)이 수축하게 되면 상기 제2 신축관(221)이 수축하게 되고, 상기 제2 신축관(221)이 수축하게 되면 상기 제2 내부공간(S2)에 존재하던 냉각유체(F)는 상기 유체이동관(300)을 경유하여 상기 제1 내부공간(S1)으로 유입된다.3, when the second shape memory alloy spring 210 is contracted, the second extension pipe 221 is contracted, and when the second expansion pipe 221 is contracted, The cooling fluid F existing in the second inner space S2 flows into the first inner space S1 via the fluid moving pipe 300. [

냉각유체가 상기 제1 내부공간(S1)으로 유입되면 상기 제1 신축관(121)이 이완되면서 상기 제1 케이싱유닛(120)에 결합된 상기 제1 형상기억합금 스프링(110)을 이완시키게 된다.When the cooling fluid flows into the first internal space S1, the first expansion pipe 121 is loosened and the first shape memory alloy spring 110 coupled to the first casing unit 120 is relaxed .

따라서, 상기 제1 인공근육모듈(100) 및 상기 제2 인공근육모듈(200)이 변형되는 동안 상기 제1 인공근육모듈(100)과 상기 제2 인공근육모듈(200)의 내부에 존재하는 냉각유체(F)가 상호 이동하는 길항구조를 가지게 된다.Therefore, during the deformation of the first artificial muscle module 100 and the second artificial muscle module 200, the cooling of the first artificial muscle module 100 and the second artificial muscle module 200, The fluid F has an antagonistic structure of mutual movement.

여기서, 상기 제1 열반응 구동유닛, 즉 제1 형상기억합금 스프링(110)이 전기저항을 통하여 빠르게 가열되면, 상기 제1 케이싱유닛(120)이 빠르게 수축되게 된다. Here, when the first thermal reaction drive unit, that is, the first shape memory alloy spring 110, is rapidly heated through electrical resistance, the first casing unit 120 shrinks rapidly.

그러면, 상기 제1 형상기억합금 스프링(110)의 열이 상기 제1 내부공간(S1)의 냉각유체(F)로 전달되기도 전에 상기 제1 내부공간(S1)의 냉각유체는 상기 제2 내부공간(S2)으로 이동되어 상기 제2 케이싱유닛(220)을 팽창시킴과 동시에 상기 제2 열반응 구동유닛을 냉각시키게 된다.The cooling fluid in the first inner space S1 may be supplied to the second inner space S1 before the heat of the first shape memory alloy spring 110 is transmitted to the cooling fluid F in the first inner space S1. (S2), the second casing unit 220 is expanded and the second thermal reaction drive unit is cooled.

결과적으로, 길항구조의 인공근육 어셈블리는 간단한 구조를 가지면서도 냉각유체의 빠른 이동으로 인하여 열반응 구동유닛의 냉각속도를 개선할 수 있고 이로 인하여 인공근육 어셈블리의 반응속도를 높일 수 있게 된다. As a result, the artificial muscle assembly of the antagonistic structure can improve the cooling rate of the thermal reaction drive unit due to the rapid movement of the cooling fluid while having a simple structure, thereby increasing the reaction speed of the artificial muscle assembly.

도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 인공근육 어셈블리의 다른 실시 예를 설명하면 다음과 같다.4, another embodiment of the artificial muscle assembly according to the present invention will be described.

본 실시 예에 따른 인공근육 어셈블리에 적용되는 인공근육모듈은 열에 반응하면서 형상이 변형되는 열반응 구동유닛과, 상기 열반응 구동유닛을 냉각시키기 위한 냉각유체가 채워지는 내부공간을 형성하면서 상기 열반응 구동유닛과 결합되어 상기 열반응 구동유닛의 변형시 함께 변형되는 케이싱유닛을 포함하여 구성된다.The artificial muscle module applied to the artificial muscle assembly according to the present embodiment includes a thermal reaction drive unit in which the shape of the artificial muscle module is deformed in response to heat and a thermal reaction drive unit in which an inner space filled with a cooling fluid for cooling the thermal reaction drive unit is formed, And a casing unit coupled to the driving unit and being deformed when the thermal reaction driving unit is deformed.

여기서, 상기 열반응 구동유닛은 형상기억합금 스프링 단위체를 포함하고, 상기 형상기억합금 스프링 단위체는 형상기억합금 재질로 제작되는 와이어부재와, 상기 와이어부재에 열을 공급하기 위한 저항선과, 상기 와이어부재와 상기 저항선 사이에 배치되어 상기 와이어부재와 상기 저항선을 전기적으로 절연시키는 절연부재를 포함하여 구성된다. Here, the thermal reaction drive unit includes a shape memory alloy spring unit, wherein the shape memory alloy spring unit includes a wire member made of a shape memory alloy material, a resistance wire for supplying heat to the wire member, And an insulating member disposed between the resistance wire and electrically insulating the wire member from the resistance wire.

구체적으로, 상기 인공근육 어셈블리는 제1 인공근육모듈(1000), 제2 인공근육모듈(2000), 상기 제1 인공근육모듈(1000)과 상기 제2 인공근육모듈(2000)을 연결하는 유체이동관, 상기 유체이동관으로 유체를 공급하기 위한 유체공급관(3300) 및 상기 유체이동관으로부터 유체를 배출하기 위한 유체배출관(3500)을 포함한다.Specifically, the artificial muscle assembly includes a first artificial muscle module 1000, a second artificial muscle module 2000, and a fluid flow path connecting the first artificial muscle module 1000 and the second artificial muscle module 2000, A fluid supply pipe 3300 for supplying fluid to the fluid transfer pipe, and a fluid discharge pipe 3500 for discharging fluid from the fluid transfer pipe.

상기 제1 인공근육모듈(1000)은 열에 반응하면서 형상이 변형되는 제1 열반응 구동유닛과, 제1 내부공간을 형성하면서 상기 제1 열반응 구동유닛과 연결되어 함께 변형되는 제1 케이싱유닛(1200)을 포함한다. The first artificial muscle module 1000 includes a first thermal reaction drive unit that is deformed in response to heat and a second thermal reaction drive unit that is connected to the first thermal reaction drive unit and forms a first inner space, 1200).

여기서, 상기 제1 케이싱유닛(1200)은 상술한 일 실시 예에 따른 제1 인공근육모듈에 구비된 제1 케이싱유닛(120)과 실질적으로 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.Here, the first casing unit 1200 is substantially the same as the first casing unit 120 provided in the first artificial muscle module according to the above-described embodiment, and a description thereof will be omitted.

상기 제1 열반응 구동유닛은 열에 반응하는 제1 형상기억합금 스프링 단위체(1100)를 포함한다. 상기 제1 형상기억합금 스프링 단위체(1100)는 상기 제1 케이싱유닛(1200)의 폭방향을 기준으로 중앙영역에 배치된다.The first thermal reaction drive unit includes a first shape memory alloy spring unit 1100 that is responsive to heat. The first shape memory alloy spring unit 1100 is disposed in a central region with respect to a width direction of the first casing unit 1200.

상기 제1 형상기억합금 스프링 단위체(1100)는 형상기억합금 재질로 제작되는 제1 와이어부재(1110)와, 상기 제1 와이어부재(1110)에 열을 공급하기 위한 제1 저항선(1130)과, 상기 제1 와이어부재(1110)와 상기 제1 저항선(1130) 사이에 배치되어 상기 제1 와이어부재(1110)와 상기 제1 저항선(1130)을 전기적으로 절연시키는 제1 절연부재(1120)를 포함한다.The first shape memory alloy spring unit 1100 includes a first wire member 1110 made of a shape memory alloy material, a first resistance wire 1130 for supplying heat to the first wire member 1110, And a first insulating member 1120 disposed between the first wire member 1110 and the first resistance wire 1130 to electrically isolate the first wire member 1110 from the first resistance wire 1130 do.

구체적으로, 상기 제1 절연부재(1120)는 상기 제1 와이어부재(1110)의 외측면 중 적어도 일부분에 코팅되고, 상기 제1 저항선(1130)은 상기 제1 절연부재(1120)의 외측면에 감겨진다. Specifically, the first insulating member 1120 is coated on at least a part of the outer surface of the first wire member 1110, and the first resistance wire 1130 is coated on the outer surface of the first insulating member 1120 It is wound.

상기 제1 와이어부재(1110), 상기 제1 절연부재(1120) 및 상기 제1 저항선(1130)이 하나의 선재를 구성하고, 상기 선재는 스프링 가공을 통하여 코일 스프링 구조를 가진다. The first wire member 1110, the first insulating member 1120, and the first resistance wire 1130 constitute one wire member, and the wire member has a coil spring structure through spring working.

결과적으로, 상기 제1 형상기억합금 스프링 단위체(1100)는 코일형상을 가지는 스프링 코일부를 형성하게 되는데, 상기 스프링 코일부 영역에 배치되는 제1 와이어부재(1110), 제1 절연부재(1120) 및 제1 저항선(1130)은 일체로 거동하게 된다.As a result, the first shape memory alloy spring unit 1100 forms a coil spring portion having a coil shape. The first shape memory alloy spring unit 1100 includes a first wire member 1110, a first insulating member 1120, And the first resistance line 1130 act as one body.

상기 제1 저항선(1130)은 외부에서 공급되는 전류에 의하여 상기 제1 와이어부재(1110)보다 빠르게 가열되고, 상기 제1 저항선(1130)에 의하여 발생한 열은 상기 제1 와이어부재(1110)로 전달됨으로써 상기 제1 와이어부재(1110)가 빠르게 가열된다.The first resistance wire 1130 is heated faster than the first wire member 1110 by a current supplied from the outside and the heat generated by the first resistance wire 1130 is transmitted to the first wire member 1110 The first wire member 1110 is quickly heated.

상기 제1 저항선(1130)에 의하여 상기 제1 와이어부재(1110)가 빠르게 가열됨으로써 상기 제1 형상기억합금 스프링 단위체(1100)의 응답속도가 빨라지게 된다. The first wire member 1110 is rapidly heated by the first resistance wire 1130 so that the response speed of the first shape memory alloy spring unit 1100 is increased.

본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 제1 열반응 구동유닛은 상기 제1 형상기억합금 스프링 단위체(1100)와 병렬로 배치되며 상기 제1 형상기억합금 스프링 단위체(1100)와 실질적으로 동일한 구조를 갖는 제2 형상기억합금 스프링 단위체를 포함하여 구성될 수 있다.The present invention is not limited to this, and the first thermal reaction drive unit may be arranged in parallel with the first shape memory alloy spring unit 1100 and has substantially the same structure as the first shape memory alloy spring unit 1100 And a second shape memory alloy spring unit.

상기 제1 열반응 구동유닛을 복수 개의 형상기억합금 스프링 단위체로 제작함으로써 큰 힘을 낼 수 있으면서도 강성을 향상시킬 수 있다.The first thermal reaction drive unit is made of a plurality of shape memory alloy spring unit members, so that a large force can be exerted and rigidity can be improved.

한편, 상기 제2 인공근육모듈(2000)은 열에 반응하면서 형상이 변형되는 제2 열반응 구동유닛(2100)과, 제2 내부공간을 형성하면서 상기 제2 열반응 구동유닛과 연결되어 함께 변형되는 제2 케이싱유닛(2200)을 포함한다. The second artificial muscle module 2000 includes a second thermal reaction drive unit 2100 having a shape deformed in response to heat and a second thermal reaction drive unit 2100 connected to the second thermal reaction drive unit and forming a second inner space, And a second casing unit 2200.

상기 제2 열반응 구동유닛 및 상기 제2 케이싱유닛(2200)은 상기 제1 열반응 구동유닛 및 상기 제1 케이싱유닛(1200)과 실질적으로 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.Since the second thermal reaction drive unit and the second casing unit 2200 are substantially the same as the first thermal reaction drive unit and the first casing unit 1200, detailed description thereof will be omitted.

상기 유체이동관은 상기 제1 케이싱유닛(1200)과 상기 제2 케이싱유닛(2200)을 연통시키는 제1 유체이동관(3100) 및 제2 유체이동관(3200)을 포함한다. The fluid transfer tube includes a first fluid transfer tube 3100 and a second fluid transfer tube 3200 that communicate the first casing unit 1200 and the second casing unit 2200.

상기 유체공급관(3300)은 상기 제1 내부공간 및 상기 제2 내부공간에 새로운 냉각유체를 공급하기 위하여 상기 유체이동관, 즉 제1 유체이동관(3100)에서 분기된다.The fluid supply pipe 3300 branches at the fluid transfer pipe, i.e., the first fluid transfer pipe 3100, to supply new cooling fluid to the first internal space and the second internal space.

상기 유체공급관(3300)상에는 상기 제1 유체이동관(3100)으로 이동되는 냉각유체의 양을 조절하기 위한 제1 유로제어밸브(3400)가 배치된다.On the fluid supply pipe 3300, a first flow control valve 3400 for regulating the amount of the cooling fluid to be transferred to the first fluid transfer pipe 3100 is disposed.

상기 유체배출관(3500)은 상기 제1 내부공간 및 상기 제2 내부공간에 존재하던 냉각유체를 외부로 배출하기 위하여 상기 유체이동관, 즉 제2 유체이동관(3200)에서 분기된다.The fluid discharge pipe 3500 branches at the fluid transfer pipe or the second fluid transfer pipe 3200 to discharge the cooling fluid existing in the first and second inner spaces.

상기 유체배출관(3500)상에는 상기 제2 유체이동관(3200)으로부터 배출되는 냉각유체의 양을 조절하기 위한 제2 유로제어밸브(3600)가 배치된다.On the fluid discharge pipe 3500, a second flow control valve 3600 for regulating the amount of the cooling fluid discharged from the second fluid transfer pipe 3200 is disposed.

상기 냉각유체(F)의 온도가 허용범위를 벗어나게 되면 상기 제1 케이싱유닛(1200) 및 상기 제2 케이싱유닛(2200) 내부의 냉각유체가 상기 유체배출관(3500)을 통하여 외부로 배출되고, 새로운 냉각유체가 상기 유체공급관(3300)을 통하여 상기 제1 케이싱유닛(120) 및 상기 제2 케이싱유닛(2200)의 내부로 유입된다.When the temperature of the cooling fluid F exceeds the allowable range, the cooling fluid in the first casing unit 1200 and the second casing unit 2200 is discharged to the outside through the fluid discharge pipe 3500, The cooling fluid flows into the first casing unit 120 and the second casing unit 2200 through the fluid supply pipe 3300. [

도 5 내지 도 8을 참조하여, 상술한 인공근육 어셈블리의 일 실시 예가 적용된 인공관절시스템을 설명하면 다음과 같다.5 to 8, an artificial joint system to which one embodiment of the artificial muscle assembly described above is applied will be described.

상기 인공관절시스템은 인공근육 어셈블리, 제1 골격유닛(400), 제2 골격유닛(500), 관절유닛(600) 및 인공근육 어셈블리 제어장치를 포함한다.The artificial joint system includes an artificial muscle assembly, a first skeleton unit 400, a second skeleton unit 500, a joint unit 600, and an artificial muscle assembly control unit.

상기 인공근육 어셈블리는 상기 관절유닛(600)을 기준으로 서로 반대방향에 배치되어 길항구조를 갖는 제1 인공근육모듈(100)과 제2 인공근육모듈(200)을 포함한다. The artificial muscle assembly includes a first artificial muscle module 100 and a second artificial muscle module 200 disposed in opposite directions with respect to the joint unit 600 and having an antagonistic structure.

상기 제1 인공근육모듈(100)과 상기 제2 인공근육모듈(200)은 도 1에 도시된 상술한 일 실시 예의 인공근육 어셈블리의 구성과 실질적으로 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.The first artificial muscle module 100 and the second artificial muscle module 200 are substantially the same as those of the artificial muscle assembly of the first embodiment shown in FIG. 1, so a detailed description thereof will be omitted.

상기 관절유닛(600)은 상기 제1 골격유닛(400)과 상기 제2 골격유닛(500) 사이에 배치되어 상기 제1 골격유닛(400)과 상기 제2 골격유닛(500)이 서로 상대운동 가능하도록 하는 역할을 한다.The joint unit 600 is disposed between the first skeleton unit 400 and the second skeleton unit 500 so that the first skeleton unit 400 and the second skeleton unit 500 can move relative to each other .

상기 제1 골격유닛(400)은 제1 골격몸체(410)와, 상기 제1 골격몸체(410)상에 구비되어 상기 인공근육 어셈블리를 지지하는 제1 지지부재(420) 및 제2 지지부재(430)를 포함한다.The first skeleton unit 400 includes a first skeleton body 410 and a first support member 420 and a second support member 420 which are provided on the first skeleton body 410 and support the artificial muscle assembly, 430).

상기 제1 지지부재(420)는 상기 제1 골격몸체(410)를 기준으로 상기 제2 지지부재(430)와 대칭적으로 배치된다. 예를 들면, 도 5를 기준으로 상기 제1 지지부재(420)는 상기 제1 골격몸체(410)의 상부영역에 배치되고, 상기 제2 지지부재(430)는 상기 제1 골격몸체(410)의 하부영역에 배치된다.The first support member 420 is disposed symmetrically with respect to the second support member 430 with respect to the first skeleton body 410. 5, the first support member 420 is disposed in the upper region of the first skeleton body 410 and the second support member 430 is disposed in the upper region of the first skeleton body 410, As shown in FIG.

상기 제2 골격유닛(500)은 제2 골격몸체(510)와, 상기 제2 골격몸체(510)상에 구비되어 상기 인공근육 어셈블리를 지지하는 제3 지지부재(520) 및 제4 지지부재(530)를 포함한다. 마찬가지로, 상기 제3 지지부재(520)는 상기 제2 골격몸체(510)를 기준으로 상기 제4 지지부재(530)와 대칭적으로 배치된다.The second skeleton unit 500 includes a second skeleton body 510 and a third support member 520 and a fourth support member 520 which are provided on the second skeleton body 510 and support the artificial muscle assembly, 530). Likewise, the third support member 520 is disposed symmetrically with the fourth support member 530 with respect to the second skeleton body 510.

구체적으로, 상기 제1 지지부재(420)는 상기 제1 골격몸체(410)의 상부에 고정된 제1 고정프레임(421)과, 일단은 상기 제1 고정프레임(421)에 결합되고 타단은 상기 제1 인공근육모듈(100)의 일단과 결합되어 길이가 가변되는 제1 가변프레임(423)을 포함한다.The first supporting member 420 includes a first fixing frame 421 fixed to the upper portion of the first skeleton body 410 and a second fixing frame 422 having one end coupled to the first fixing frame 421, And a first variable frame 423 coupled to one end of the first artificial muscle module 100 and having a variable length.

상기 제2 지지부재(430)는 상기 제1 골격몸체(410)의 하부에 고정된 제2 고정프레임(431)과, 일단은 상기 제2 고정프레임(431)에 결합되고 타단은 상기 제2 인공근육모듈의 일단과 결합되어 길이가 가변되는 제2 가변프레임(433)을 포함한다.The second supporting member 430 includes a second fixing frame 431 fixed to a lower portion of the first skeleton body 410 and a second fixing frame 431 having one end coupled to the second fixing frame 431, And a second variable frame 433 which is coupled to one end of the muscle module and whose length is variable.

상기 제3 지지부재(520)는 상기 제2 골격몸체(510)의 상부에 고정된 제3 고정프레임(521)과, 일단은 상기 제3 고정프레임(521)에 결합되고 타단은 상기 제1 인공근육모듈(100)의 타단과 결합되어 길이가 가변되는 제3 가변프레임(523)을 포함한다.The third supporting member 520 includes a third fixing frame 521 fixed to the upper portion of the second skeleton body 510 and a second fixing frame 521 having one end coupled to the third fixing frame 521, And a third variable frame 523 coupled to the other end of the muscle module 100 and having a variable length.

상기 제4 지지부재(530)는 상기 제2 골격몸체(510)의 하부에 고정된 제4 고정프레임(531)과, 일단은 상기 제4 고정프레임(531)에 결합되고 타단은 상기 제2 인공근육모듈(200)의 타단과 결합되어 길이가 가변되는 제4 가변프레임(533)을 포함한다.The fourth supporting member 530 includes a fourth fixing frame 531 fixed to a lower portion of the second skeleton body 510 and a second fixing frame 531 having one end coupled to the fourth fixing frame 531, And a fourth variable frame 533 which is coupled with the other end of the muscle module 200 and whose length is variable.

결과적으로, 상기 제1 인공근육모듈(100)의 일단은 상기 제1 지지부재(420)에 결합되어 상기 제1 골격유닛(400)과 결합되고, 상기 제1 인공근육모듈(100)의 타단은 상기 제3 지지부재(520)에 결합되어 상기 제2 골격유닛(500)과 결합된다.As a result, one end of the first artificial muscle module 100 is coupled to the first skeleton unit 400 and the other end of the first artificial muscle module 100 is coupled to the first support member 420, And is coupled to the third support member 520 and coupled to the second skeleton unit 500.

또한, 상기 제2 인공근육모듈(200)의 일단은 상기 제2 지지부재(430)에 결합되어 상기 제1 골격유닛(400)과 결합되고, 상기 제2 인공근육모듈(200)의 타단은 상기 제4 지지부재(530)에 결합되어 상기 제2 골격유닛(500)과 결합된다.One end of the second artificial muscle module 200 is coupled to the second support member 430 to be coupled to the first skeleton unit 400 and the other end of the second artificial muscle module 200 is coupled to the second support member 430, And is coupled to the fourth support member 530 and coupled with the second skeleton unit 500.

도 6 및 도 7을 참조하여, 상기 제1 열반응 구동유닛이 수축되는 경우와, 상기 제2 열반응 구동유닛이 수축되는 경우에 인공관절시스템이 동작되는 과정을 설명하면 다음과 같다.6 and 7, the operation of the artificial joint system when the first thermal reaction drive unit is contracted and when the second thermal reaction drive unit is contracted will now be described.

도 6에 도시된 바와 같이, 제1 열반응 구동유닛, 즉 제1 형상기억합금 스프링(110)이 수축하게 되면 제1 신축관(121)이 수축하게 된다. 이때, 제1 마개(123)와 결합된 제1 가변프레임(423)과, 제2 마개(125)와 결합된 제3 가변프레임(523)이 상기 제1 신축관(121)의 수축량과 대응되게 늘어난다.As shown in FIG. 6, when the first thermal reaction drive unit, that is, the first shape memory alloy spring 110, contracts, the first extension pipe 121 shrinks. At this time, the first variable frame 423 coupled with the first stopper 123 and the third variable frame 523 coupled with the second stopper 125 correspond to the shrinkage amount of the first extension pipe 121 .

상기 제1 신축관(121)이 수축하게 되면, 제1 내부공간(S1)에 존재하던 냉각유체(F)는 유체이동관(300)을 경유하여 상기 제2 내부공간(S2)으로 유입되고, 상기 제2 내부공간(S2)으로 유입된 냉각유체에 의하여 제2 신축관(221)이 이완되면서 상기 제2 케이싱유닛(220)에 결합된 상기 제2 열반응 구동유닛, 즉 제2 형상기억합금 스프링(210)을 이완시키게 된다.The cooling fluid F existing in the first inner space S1 flows into the second inner space S2 via the fluid moving pipe 300. When the first expansion pipe 121 is contracted, The second expansion pipe 221 is loosened by the cooling fluid flowing into the second inner space S2 and the second thermal reaction drive unit coupled to the second casing unit 220, (210).

마찬가지로, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제2 형상기억합금 스프링(210)이 수축하게 되면 상기 제2 신축관(221)이 수축하게 된다. 이때, 제3 마개(223)와 결합된 제4 가변프레임(533)과, 제4 마개(225)와 결합된 제2 가변프레임(433)이 상기 제2 신축관(221)의 수축량과 대응되게 늘어난다.Similarly, as shown in FIG. 7, when the second shape memory alloy spring 210 is contracted, the second extension pipe 221 contracts. The fourth variable frame 533 coupled with the third stopper 223 and the second variable frame 433 coupled with the fourth stopper 225 correspond to the shrinkage amount of the second extension pipe 221 .

상기 제2 신축관(221)이 수축하게 되면 상기 제2 내부공간(S2)에 존재하던 냉각유체(F)는 상기 유체이동관(300)을 경유하여 상기 제1 내부공간(S1)으로 유입되고, 상기 제1 내부공간(S1)으로 유입된 냉각유체에 의하여 제1 신축관(121)이 이완되면서 상기 제1 케이싱유닛(120)에 결합된 상기 제1 열반응 구동유닛, 즉 제2 형상기억합금 스프링(210)을 이완시키게 된다.The cooling fluid F existing in the second inner space S2 flows into the first inner space S1 via the fluid moving pipe 300 when the second extension pipe 221 is contracted, The first expansion tube 121 is loosened by the cooling fluid flowing into the first inner space S1 and the first thermal reaction drive unit coupled to the first casing unit 120, Thereby causing the spring 210 to relax.

결과적으로, 제1 인공근육모듈(100)과 제2 인공근육모듈(200)이 관절유닛(600)을 기준으로 서로 반대방향에 배치된 상태에서 제1 인공근육모듈(100)이 수축되는 경우에 상기 제1 인공근육모듈(100)에서 배출되는 냉각유체가 상기 제2 인공근육모듈(200)로 유입되어 상기 제2 인공근육모듈(200)이 이완되는 운동을 도와줌으로써 관절운동이 용이하게 된다. 이로 인하여, 인간의 실제관절과 유사하게 작동될 수 있는 관절구조를 갖는 인공관절시스템을 구현할 수 있게 된다.As a result, when the first artificial muscle module 100 and the second artificial muscle module 200 are arranged in opposite directions with respect to the articulation unit 600, when the first artificial muscle module 100 is contracted The cooling fluid discharged from the first artificial muscle module 100 flows into the second artificial muscle module 200 to help the second artificial muscle module 200 relax. This makes it possible to implement an artificial joint system having an articulated structure that can be operated similar to a human actual joint.

상기 인공근육 어셈블리 제어장치는 제1 센싱유닛(710), 제2 센싱유닛(720), 냉각유체 순환유닛(800) 및 제어유닛을 포함한다.The artificial muscle assembly control apparatus includes a first sensing unit 710, a second sensing unit 720, a cooling fluid circulation unit 800, and a control unit.

상기 제1 센싱유닛(710)은 상기 인공근육 어셈블리의 내부에 존재하는 냉각유체의 특성값을 측정하게 된다. 상기 냉각유체의 특성값은 상기 냉각유체의 온도를 포함한다.The first sensing unit 710 measures a characteristic value of the cooling fluid existing in the artificial muscle assembly. The characteristic value of the cooling fluid includes the temperature of the cooling fluid.

상기 제2 센싱유닛(720)은 상기 제1 열반응 구동유닛 및 상기 제2 열반응 구동유닛의 특성값을 측정하게 된다. 상기 열반응 구동유닛들의 특성값은 상기 열반응 구동유닛들의 변위, 온도, 힘을 포함한다. The second sensing unit 720 measures the characteristic values of the first thermal reaction drive unit and the second thermal reaction drive unit. The characteristic values of the thermal reaction drive units include the displacement, temperature, and force of the thermal reaction drive units.

상기 냉각유체 순환유닛(800)은 상기 인공근육 어셈블리의 내부로 새로운 냉각유체를 공급하거나 상기 인공근육 어셈블리 내부에 존재하던 냉각유체를 외부로 배출하는 역할을 한다. The cooling fluid circulating unit 800 supplies a new cooling fluid to the inside of the artificial muscle assembly or discharges a cooling fluid existing inside the artificial muscle assembly to the outside.

상기 냉각유체 순환유닛(800)은 냉각유체가 저장되는 저장탱크(미도시), 상기 냉각유체를 순환시키기 위한 펌프(미도시), 상기 냉각유체의 흐름을 제어하기 위한 유로제어밸브(미도시), 상기 냉각유체의 온도를 조절하기 위한 온도조절부(미도시)를 포함한다.The cooling fluid circulating unit 800 includes a storage tank (not shown) for storing a cooling fluid, a pump (not shown) for circulating the cooling fluid, a flow control valve (not shown) for controlling the flow of the cooling fluid, And a temperature controller (not shown) for controlling the temperature of the cooling fluid.

상기 제어유닛은 상기 제1 센싱유닛(710) 및 상기 제2 센싱유닛(720)으로부터 수신한 특성값들을 바탕으로 상기 냉각유체 순환유닛(800), 상기 제1 열반응 구동유닛 및 상기 제2 열반응 구동유닛을 제어하게 된다.The control unit controls the cooling fluid circulation unit 800, the first thermal reaction drive unit, and the second column 720 based on the characteristic values received from the first sensing unit 710 and the second sensing unit 720, Thereby controlling the reaction drive unit.

상기 제어유닛은 상기 냉각유체 순환유닛(800)을 제어하기 위한 유체순환 제어유닛(910)과, 상기 열반응 구동유닛을 제어하기 위한 열반응소자 제어유닛(920)을 포함한다.The control unit includes a fluid circulation control unit 910 for controlling the cooling fluid circulation unit 800 and a thermal reaction element control unit 920 for controlling the thermal reaction drive unit.

상기 인공근육 어셈블리 제어장치가 상기 인공근육 어셈블리를 제어하는 과정을 설명하면 다음과 같다.A process of controlling the artificial muscle assembly by the artificial muscle assembly control device will now be described.

먼저, 상기 제1 센싱유닛(710)은 상기 인공근육 어셈블리의 내부에 존재하는 냉각유체의 특성값, 즉 온도를 측정한다.First, the first sensing unit 710 measures a characteristic value of a cooling fluid existing inside the artificial muscle assembly, that is, a temperature.

동시에, 상기 제2 센싱유닛(720)은 상기 제1 열반응 구동유닛의 특성값 및 상기 제2 열반응 구동유닛의 특성값을 측정한다. 즉, 상기 제2 센싱유닛(720)은 상기 제1 형상기억합금 스프링(110) 및 상기 제2 형상기억합금 스프링(210)의 온도, 변위, 힘을 각각 측정한다.At the same time, the second sensing unit 720 measures a characteristic value of the first thermal reaction drive unit and a characteristic value of the second thermal reaction drive unit. That is, the second sensing unit 720 measures the temperature, displacement, and force of the first shape memory alloy spring 110 and the second shape memory alloy spring 210, respectively.

다음으로, 상기 유체순환 제어유닛(910)은 상기 냉각유체의 특성값을 바탕으로 상기 냉각유체의 온도가 허용온도범위 내에 존재하는지를 판단하게 되고, 상기 냉각유체의 온도가 상기 허용온도범위를 벗어난 경우에는 상기 인공근육 어셈블리 내부에 존재하는 냉각유체를 외부로 배출하도록 상기 냉각유체 순환유닛(800)을 제어한다.Next, the fluid circulation control unit 910 determines whether the temperature of the cooling fluid is within the allowable temperature range based on the characteristic value of the cooling fluid. If the temperature of the cooling fluid is out of the allowable temperature range Controls the cooling fluid circulation unit (800) to discharge the cooling fluid existing in the artificial muscle assembly to the outside.

또한, 상기 유체순환 제어유닛(910)은 상기 인공근육 어셈블리의 내부로 새로운 냉각유체를 공급하도록 상기 냉각유체 순환유닛(800)을 제어하게 된다.In addition, the fluid circulation control unit 910 controls the cooling fluid circulation unit 800 to supply new cooling fluid to the inside of the artificial muscle assembly.

상기 유체순환 제어유닛(910)이 상기 냉각유체 순환유닛(800)을 제어하는 과정과는 별도로 상기 열반응소자 제어유닛(920)은 상기 제1 인공근육모듈(100) 및 상기 제2 인공근육모듈(200)을 제어하게 된다.The thermal reaction element control unit 920 controls the temperature of the first artificial muscle module 100 and the second artificial muscle module 800. In addition to the process of controlling the cooling fluid circulation unit 800 by the fluid circulation control unit 910, (200).

상기 열반응소자 제어유닛(920)은 상기 제1 열반응 구동유닛의 특성값 및 상기 제2 열반응 구동유닛의 특성값을 바탕으로 상기 제1 인공근육모듈(100) 및 상기 제2 인공근육모듈(200)에 공급되는 전류량을 제어하여 상기 제1 인공근육모듈(100) 또는 상기 제2 인공근육모듈(200)의 거동을 선택적으로 제어하게 된다.The thermal reaction element control unit 920 controls the first artificial muscle module 100 and the second artificial muscle module 100 based on the characteristic values of the first thermal reaction drive unit and the second thermal reaction drive unit, The amount of current supplied to the first artificial muscle module 100 or the second artificial muscle module 200 is selectively controlled.

결과적으로, 센싱유닛에서 측정된 인공근육 어셈블리의 상태정보를 바탕으로 제1 열반응 구동유닛, 제2 열반응 구동유닛 및 냉각유체 순환유닛을 제어함으로써 실제 근육의 변위에 대응할 수 있도록 인공근육모듈의 변위를 빠르고 정확하게 제어할 수 있게 된다.As a result, the first thermal reaction drive unit, the second thermal reaction drive unit, and the cooling fluid circulation unit are controlled based on the state information of the artificial muscle assembly measured by the sensing unit, so that the artificial muscle module The displacement can be controlled quickly and precisely.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정한 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형의 실시가 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.As described above, the present invention is not limited to the above-described specific preferred embodiments, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention as claimed in the claims. And such variations are within the scope of the present invention.

100: 제1 인공근육모듈 110: 제1 형상기억합금 스프링
120: 제1 케이싱유닛 121: 제1 신축관
123: 제1 마개 125: 제2 마개
200: 제2 인공근육모듈 210: 제2 형상기억합금 스프링
220: 제1 케이싱유닛 221: 제1 신축관
223: 제3 마개 225: 제4 마개
300: 유체이동관 400: 제1 골격유닛
410: 제1 골격몸체 420: 제1 지지부재
430: 제2 지지부재 500: 제2 골격유닛
510: 제2 골격몸체 520: 제3 지지부재
530: 제4 지지부재 600: 관절유닛
710: 제1 센싱유닛 720: 제2 센싱유닛
800: 냉각유체 순환유닛 910: 유체순환 제어유닛
920: 열반응소자 제어유닛 S1: 제 내부공간
S2: 제2 내부공간 F: 냉각유체100: first artificial muscle module 110: first shape memory alloy spring
120: first casing unit 121: first extension pipe
123: first stopper 125: second stopper
200: second artificial muscle module 210: second shape memory alloy spring
220: first casing unit 221: first extension pipe
223: third stopper 225: fourth stopper
300: Fluid flow tube 400: First skeleton unit
410: first skeleton body 420: first support member
430: second supporting member 500: second skeleton unit
510: second skeleton body 520: third support member
530: fourth supporting member 600: joint unit
710: first sensing unit 720: second sensing unit
800: cooling fluid circulation unit 910: fluid circulation control unit
920: thermal reaction element control unit S1: inner space
S2: second internal space F: cooling fluid

Claims (13)

열에 반응하면서 형상이 변형되는 제1 열반응 구동유닛과, 제1 내부공간을 형성하면서 상기 제1 열반응 구동유닛과 연결되어 함께 변형되는 제1 케이싱유닛을 갖는 제1 인공근육모듈;
열에 반응하면서 형상이 변형되는 제2 열반응 구동유닛과, 제2 내부공간을 형성하면서 상기 제2 열반응 구동유닛과 연결되어 함께 변형되는 제2 케이싱유닛을 갖는 제2 인공근육모듈; 그리고,
상기 제1 내부공간과 상기 제2 내부공간을 연통시키기 위하여 상기 제1 케이싱유닛과 상기 제2 케이싱유닛을 연결하는 유체이동관을 포함하며,
상기 제1 열반응 구동유닛이 수축되는 경우에 상기 제1 케이싱유닛이 함께 수축되면서 상기 제1 내부공간에 존재하는 냉각유체가 상기 제2 내부공간으로 이동되고, 상기 제2 내부공간으로 이동된 냉각유체에 의하여 상기 제2 열반응 구동유닛 및 상기 제2 케이싱유닛이 이완되는 것을 특징으로 하는 길항구조를 갖는 인공근육 어셈블리.A first artificial muscle module having a first thermal reaction drive unit in which a shape is deformed in response to heat and a first casing unit connected to and deformed together with the first thermal reaction drive unit while forming a first inner space;
A second artificial muscle module having a second thermal reaction drive unit in which a shape is deformed in response to heat and a second casing unit connected to the second thermal reaction drive unit while being deformed while forming a second inner space; And,
And a fluid flow pipe connecting the first casing unit and the second casing unit to communicate the first inner space and the second inner space,
When the first thermal reaction drive unit is contracted, the first casing unit is contracted together with the cooling fluid existing in the first inner space being moved to the second inner space, And the second thermal reaction drive unit and the second casing unit are relaxed by the fluid. 제1항에 있어서,
상기 제1 케이싱유닛은 신축가능한 제1 신축관과, 상기 제1 신축관의 일단에 배치되는 제1 마개와, 상기 제1 신축관의 타단에 배치되는 제2 마개를 포함하며,
상기 제2 마개에는 상기 유체이동관과 연통되는 제1 연통홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 길항구조를 갖는 인공근육 어셈블리.The method according to claim 1,
Wherein the first casing unit comprises a first extensible tube capable of expanding and contracting, a first plug disposed at one end of the first expansion tube, and a second plug disposed at the other end of the first expansion tube,
And the second stopper is formed with a first communication hole communicating with the fluid movement tube. 제2항에 있어서,
상기 제1 열반응 구동유닛은 열에 반응하는 제1 형상기억합금 스프링을 포함하며,
상기 제1 형상기억합금 스프링의 일단은 상기 제1 마개를 관통하면서 외부의 전원공급유닛과 연결되고, 상기 제1 형상기억합금 스프링의 타단은 상기 제2 마개를 관통하면서 상기 전원공급유닛과 연결되는 것을 특징으로 하는 길항구조를 갖는 인공근육 어셈블리.3. The method of claim 2,
Wherein the first thermal reaction drive unit includes a first shape memory alloy spring responsive to heat,
Wherein one end of the first shape memory alloy spring is connected to an external power supply unit while passing through the first stopper and the other end of the first shape memory alloy spring is connected to the power supply unit while passing through the second stopper Wherein the artificial muscle assembly has an antagonistic structure. 제3항에 있어서,
상기 제1 형상기억합금 스프링의 일단은 상기 제1 마개와 결합되고, 상기 제1 형상기억합금 스프링의 타단은 상기 제2 마개와 결합되어 상기 제1 형상기억합금 스프링의 수축 또는 이완시 상기 제1 형상기억합금 스프링의 길이방향을 따라 상기 제1 마개 및 상기 제2 마개가 함께 이동되는 것을 특징으로 하는 길항구조를 갖는 인공근육 어셈블리.The method of claim 3,
Wherein one end of the first shape memory alloy spring is engaged with the first stopper and the other end of the first shape memory alloy spring is engaged with the second stopper so that when the first shape memory alloy spring is contracted or relaxed, Wherein the first stopper and the second stopper are moved together along the longitudinal direction of the shape memory alloy spring. 제1항에 있어서,
상기 제1 내부공간 및 상기 제2 내부공간에 새로운 냉각유체를 공급하기 위하여 상기 유체이동관에서 분기되는 유체공급관과, 상기 제1 내부공간 및 상기 제2 내부공간에 존재하던 냉각유체를 외부로 배출하기 위하여 상기 유체이동관에서 분기되는 유체배출관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 길항구조를 갖는 인공근육 어셈블리.The method according to claim 1,
A fluid supply pipe branching from the fluid flow pipe to supply a new cooling fluid to the first internal space and the second internal space; and a second fluid supply pipe for discharging a cooling fluid existing in the first internal space and the second internal space to the outside Further comprising a fluid outlet pipe (40) that branches off from the fluid flow conduit (40). 제1항에 있어서,
상기 제1 열반응 구동유닛은 열에 반응하는 제1 형상기억합금 스프링 단위체를 포함하며,
상기 제1 형상기억합금 스프링 단위체는 형상기억합금 재질로 제작되는 제1 와이어부재와, 상기 제1 와이어부재에 열을 공급하기 위한 제1 저항선과, 상기 제1 와이어부재와 상기 제1 저항선 사이에 배치되어 상기 제1 와이어부재와 상기 제1 저항선을 전기적으로 절연시키는 제1 절연부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 길항구조를 갖는 인공근육 어셈블리.The method according to claim 1,
Wherein the first thermal reaction drive unit includes a first shape memory alloy spring unit responsive to heat,
Wherein the first shape memory alloy spring unit comprises a first wire member made of a shape memory alloy material, a first resistance wire for supplying heat to the first wire member, and a second resistance wire connected to the first wire member and the first resistance wire And a first insulating member disposed to electrically insulate the first wire member and the first resistance wire. 제6항에 있어서,
상기 제1 열반응 구동유닛은 상기 제1 형상기억합금 스프링 단위체와 병렬로 배치되며 상기 제1 형상기억합금 스프링 단위체와 실질적으로 동일한 구조를 갖는 제2 형상기억합금 스프링 단위체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 길항구조를 갖는 인공근육 어셈블리.The method according to claim 6,
The first thermal reaction drive unit further includes a second shape memory alloy spring unit unit disposed in parallel with the first shape memory alloy spring unit unit and having substantially the same structure as the first shape memory alloy spring unit unit. An artificial muscle assembly having an antagonistic structure. 열에 반응하면서 형상이 변형되는 열반응 구동유닛; 그리고,
상기 열반응 구동유닛을 냉각시키기 위한 냉각유체가 채워지는 내부공간을 형성하면서 상기 열반응 구동유닛과 결합되어 상기 열반응 구동유닛의 변형시 함께 변형되는 케이싱유닛을 포함하며,
상기 열반응 구동유닛은 형상기억합금 스프링 단위체를 포함하고,
상기 형상기억합금 스프링 단위체는 형상기억합금 재질로 제작되는 와이어부재와, 상기 와이어부재에 열을 공급하기 위한 저항선과, 상기 와이어부재와 상기 저항선 사이에 배치되어 상기 와이어부재와 상기 저항선을 전기적으로 절연시키는 절연부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공근육모듈.A thermal reaction drive unit in which the shape is deformed in response to heat; And,
And a casing unit coupled to the thermal reaction drive unit while being deformed when the thermal reaction drive unit is deformed while forming an inner space filled with a cooling fluid for cooling the thermal reaction drive unit,
Wherein the thermal reaction drive unit includes a shape memory alloy spring unit,
Wherein the shape memory alloy spring unit is composed of a wire member made of a shape memory alloy material, a resistance wire for supplying heat to the wire member, and a resistance wire disposed between the wire member and the resistance wire to electrically insulate the wire member and the resistance wire And an insulating member provided on the distal end of the artificial muscle module. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 인공근육 어셈블리를 포함하는 인공관절 시스템에 있어서,
제1 골격몸체와, 상기 제1 골격몸체상에 구비되어 상기 인공근육 어셈블리를 지지하는 제1 지지부재 및 제2 지지부재를 갖는 제1 골격유닛;
제2 골격몸체와, 상기 제2 골격몸체상에 구비되어 상기 인공근육 어셈블리를 지지하는 제3 지지부재 및 제4 지지부재를 갖는 제2 골격유닛; 그리고,
상기 제1 골격유닛과 상기 제2 골격유닛 사이에 배치되어 상기 제1 골격유닛과 상기 제2 골격유닛이 서로 상대운동 가능하도록 하는 관절유닛을 포함하며,
상기 제1 인공근육모듈과 상기 제2 인공근육모듈은 상기 관절유닛을 기준으로 서로 반대방향에 배치되어 길항구조를 갖는 것을 특징으로 하는 인공관절시스템.8. An artificial joint system comprising an artificial muscle assembly according to any one of claims 1 to 7,
A first skeletal unit having a first skeletal body, a first skeletal unit provided on the first skeletal body and having a first support member and a second support member for supporting the artificial muscle assembly;
A second skeleton body having a second skeletal body, a third skeletal member provided on the second skeletal body and supporting the artificial muscle assembly, and a fourth skeletal member; And,
And a joint unit disposed between the first skeleton unit and the second skeleton unit to allow the first skeleton unit and the second skeleton unit to move relative to each other,
Wherein the first artificial muscle module and the second artificial muscle module are arranged in opposite directions with respect to the joint unit and have an antagonistic structure. 제9항에 있어서,
상기 제1 인공근육모듈의 일단은 상기 제1 지지부재와 결합되고, 상기 제1 인공근육모듈의 타단은 상기 제3 지지부재와 결합되며, 상기 제2 인공근육모듈의 일단은 상기 제2 지지부재에 결합되고, 상기 제2 인공근육모듈의 타단은 상기 제4 지지부재와 결합되는 것을 특징으로 하는 인공관절시스템.10. The method of claim 9,
Wherein one end of the first artificial muscle module is coupled to the first support member, the other end of the first artificial muscle module is coupled to the third support member, and one end of the second artificial muscle module is connected to the second support member And the other end of the second artificial muscle module is coupled to the fourth support member. 제10항에 있어서,
상기 제1 지지부재는 상기 제1 골격몸체에 고정된 제1 고정프레임과, 일단은 상기 제1 고정프레임에 결합되고 타단은 상기 제1 인공근육모듈의 일단과 결합되어 길이가 가변되는 제1 가변프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 인공관절시스템.11. The method of claim 10,
Wherein the first support member includes a first fixed frame fixed to the first skeletal body, a first variable frame having one end coupled to the first fixed frame and the other end coupled to one end of the first artificial muscle module, Wherein the frame comprises an artificial joint. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 인공근육 어셈블리를 포함하는 인공관절 시스템에 있어서,
상기 인공근육 어셈블리의 내부에 존재하는 냉각유체의 특성값을 측정하는 제1 센싱유닛;
상기 인공근육 어셈블리의 내부로 새로운 냉각유체를 공급하거나 상기 인공근육 어셈블리 내부의 냉각유체를 외부로 배출하기 위한 냉각유체 순환유닛;
상기 제1 열반응 구동유닛 및 상기 제2 열반응 구동유닛의 특성값을 측정하는 제2 센싱유닛; 그리고,
상기 제1 센싱유닛 및 상기 제2 센싱유닛으로부터 수신한 특성값들을 바탕으로 상기 냉각유체 순환유닛, 상기 제1 열반응 구동유닛 및 상기 제2 열반응 구동유닛을 제어하는 제어유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 인공관절시스템. 8. An artificial joint system comprising an artificial muscle assembly according to any one of claims 1 to 7,
A first sensing unit for measuring a characteristic value of the cooling fluid existing inside the artificial muscle assembly;
A cooling fluid circulating unit for supplying a new cooling fluid to the inside of the artificial muscle assembly or discharging a cooling fluid inside the artificial muscle assembly to the outside;
A second sensing unit for measuring a characteristic value of the first thermal reaction drive unit and the second thermal reaction drive unit; And,
And a control unit for controlling the cooling fluid circulation unit, the first thermal reaction drive unit and the second thermal reaction drive unit based on the characteristic values received from the first sensing unit and the second sensing unit Artificial joint system. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 인공근육 어셈블리를 제어함에 있어서,
상기 인공근육 어셈블리의 내부에 존재하는 냉각유체의 특성값을 측정하는 단계;
상기 제1 열반응 구동유닛의 특성값 및 상기 제2 열반응 구동유닛의 특성값을 측정하는 단계;
상기 냉각유체의 특성값을 바탕으로 상기 인공근육 어셈블리의 내부로 새로운 냉각유체를 공급하거나 상기 인공근육 어셈블리 내부의 냉각유체를 외부로 배출하기 위한 냉각유체 순환유닛을 제어하는 단계; 그리고,
상기 제1 열반응 구동유닛의 특성값 및 상기 제2 열반응 구동유닛의 특성값을 바탕으로 상기 제1 인공근육모듈 또는 상기 제2 인공근육모듈을 선택적으로 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공근육 어셈블리의 제어방법.8. The method of controlling an artificial muscle assembly according to any one of claims 1 to 7,
Measuring a characteristic value of a cooling fluid existing inside the artificial muscle assembly;
Measuring a characteristic value of the first thermal reaction drive unit and a characteristic value of the second thermal reaction drive unit;
Controlling a cooling fluid circulation unit for supplying a new cooling fluid to the inside of the artificial muscle assembly or discharging a cooling fluid inside the artificial muscle assembly to the outside based on the characteristic value of the cooling fluid; And,
And selectively controlling the first artificial muscle module or the second artificial muscle module based on the characteristic value of the first thermal reaction drive unit and the characteristic value of the second thermal reaction drive unit Control method of artificial muscle assembly.
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