KR20190143539A - Method for manufacturing 3-dimensional object by using additive folding and method for actuating thereof - Google Patents

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KR20190143539A KR1020180067644A KR20180067644A KR20190143539A KR 20190143539 A KR20190143539 A KR 20190143539A KR 1020180067644 A KR1020180067644 A KR 1020180067644A KR 20180067644 A KR20180067644 A KR 20180067644A KR 20190143539 A KR20190143539 A KR 20190143539A
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Abstract

The present invention relates to a manufacturing method of a three-dimensional object using a stacked folding manner, which comprises the steps of: designing a two-dimensional development view consisting of a plurality of layers based on a shape of the three-dimensional object; manufacturing the two-dimensional development view using a planar material; connecting holes of each of the plurality of layers of the two-dimensional development view with a thread; and assembling a three-dimensional object by folding a hinge connecting the plurality of layers using the stacked folding manner.

Description

적층형 접기를 이용한 3차원 물체 제작방법 및 그 구동방법{METHOD FOR MANUFACTURING 3-DIMENSIONAL OBJECT BY USING ADDITIVE FOLDING AND METHOD FOR ACTUATING THEREOF}METHOD FOR MANUFACTURING 3-DIMENSIONAL OBJECT BY USING ADDITIVE FOLDING AND METHOD FOR ACTUATING THEREOF}
본 발명은 적층형 접기를 이용하여 2차원 물질로부터 3차원 물체를 제작하는 방법 및 그 구동방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3차원 물체 제작을 위해 2차원 전개도를 설계하고 적층형 접기 방식으로 3차원 물체를 제작하는 방법과, 제작된 3차원 물체를 구동하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a three-dimensional object from a two-dimensional material using a stacked folding method, and more particularly, to design a two-dimensional developed view for manufacturing a three-dimensional object, and a three-dimensional object in a stacked folding method. It relates to a method of manufacturing and to a method of driving the produced three-dimensional object.
3차원 물체를 제작하기 위해 밀링머신(milling machine)이나 CNC(computer numerical control) 공작기계 등을 이용하는 전통적인 방식에서는 그 형태를 입체적으로 만들기 위해 작업에 오랜 시간이 걸리고 제작비용이 상대적으로 많이 소요되었다. In the traditional method of using a milling machine or a computer numerical control (CNC) machine tool to produce a three-dimensional object, it takes a long time and a relatively high manufacturing cost to make the shape three-dimensional.
최근 3D 프린팅 기술이 발전하여 프린팅의 정밀도가 높아지고, 사용가능한 물질이 다양해지면서, 단순한 디자인 검증의 차원을 넘어서, 기계/로봇 시스템 개발 등에도 3D 프린팅 기술이 폭넓게 사용되고 있다. 3D 프린팅 기술은 적층형 가공(additive mmanufacturing)으로도 불리며, 3차원 형상의 물체를 빠른 시간 내에 제작할 수 있는 혁신적인 기술로 평가받고 있다.Recent advances in 3D printing technology have increased the accuracy of printing, and the variety of materials available, beyond the simple design verification, 3D printing technology has been widely used in the development of mechanical / robot systems. 3D printing technology, also called additive mmanufacturing, is being evaluated as an innovative technology that can produce 3D-shaped objects in a short time.
그러나, 현재의 3D 프린팅 기술에 의한 기계/로봇 제작은, 로봇의 각 파트를 따로 제작하는 데에 3D 프린팅 기술을 주로 이용한다. 각 파트의 제작 후 구동기 및 센서를 파트에 부착하고, 각 동작 부분을 서로 연결 및 조립하며 최종적으로 분산되어 있는 구동기들을 작동시켜 로봇 전체의 움직임을 구현해야 하므로, 각 파트를 따로 제작해야 하고 구동을 위해 제작 조립 과정이 필수적으로 필요한 것에는 변함이 없다.However, the machine / robot manufacturing by the current 3D printing technology mainly uses the 3D printing technology to manufacture each part of the robot separately. After manufacturing each part, the driver and sensor should be attached to the part, each moving part should be connected and assembled, and the distributed drivers should be operated to realize the movement of the entire robot. There is no change to what is necessary for the fabrication and assembly process.
미국 특허 공개 공보 제2017/0326785호(2017. 11. 16)US Patent Publication No. 2017/0326785 (Nov. 16, 2017)
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 3차원 물체 제작을 위해 2차원 전개도를 설계하고 적층형 접기 방식으로 간단하게 3차원 물체를 제작하는 방법과, 일체로 제작된 3차원 물체를 동적시스템으로 활용하기 위해 구동하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, a method of designing a two-dimensional development for the production of three-dimensional objects, and simply manufacturing a three-dimensional object in a stacked folding method, and three-dimensional manufactured integrally The object is to provide a method of driving an object to utilize it as a dynamic system.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 적층식 접기 방식을 이용한 3차원 물체의 제작 방법으로서, 상기 3차원 물체의 형상에 기초하여 다수의 레이어로 구성된 2차원 전개도를 설계하는 단계, 평면 재료를 이용하여 상기 2차원 전개도를 제작하는 단계, 상기 2차원 전개도의 다수의 레이어 각각의 홀을 실로 연결하는 단계, 및 적층식 접기 방식으로 상기 다수의 레이어들을 연결하는 힌지를 접어 3차원 물체를 조립하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, according to an aspect of the present invention, a method of manufacturing a three-dimensional object using a stacked folding method, based on the shape of the three-dimensional object designing a two-dimensional developed view composed of a plurality of layers Manufacturing the two-dimensional development using planar material, connecting the holes of each of the plurality of layers of the two-dimensional development with a thread, and folding the hinge connecting the plurality of layers in a stacked folding manner Assembling the object.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 2차원 전개도를 설계하는 단계는, 상기 3차원 물체의 형상을 지면에 수평 방향으로 슬라이싱하여 상기 다수의 레이어로 구분하는 단계, 상기 3차원 물체의 형상에 기반하여 상기 다수의 레이어들을 연결하는 힌지의 위치를 배치하는 단계, 및 상기 다수의 레이어들 각각의 홀의 위치를 배치하는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the designing of the two-dimensional development view may include: slicing the shape of the three-dimensional object in a horizontal direction on the ground and dividing it into the plurality of layers, based on the shape of the three-dimensional object. And arranging positions of hinges connecting the plurality of layers, and arranging positions of holes of each of the plurality of layers.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 평면 재료를 이용하여 상기 2차원 전개도를 제작하는 단계는, 상기 힌지와 상기 레이어가 포함된 3차원 물체의 레이어들을 펴서 2차원 평면에 상기 평면 재료를 이용하여 상기 2차원 전개도를 제작하는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the manufacturing of the two-dimensional flat pattern using the planar material may include spreading the layers of the three-dimensional object including the hinge and the layer and using the planar material in the two-dimensional plane. It may include the step of producing the two-dimensional development.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 힌지를 배치하는 단계는, 연속하는 두 레이어의 일단에 접힘 라인을 설정하였을 때, 상기 접힘 라인으로부터 상기 연속하는 두 레이어를 연결한 사각형의 면적이 최소가 되는 위치를 힌지의 초기 위치로 결정하는 단계, 및 상기 힌지의 초기 위치를 클러스터링 하고, 각 클러스터마다 수직 라인으로 일치하도록 조정하여 힌지를 배치하는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, in the arranging of the hinge, when the folding line is set at one end of two consecutive layers, the area of the quadrangle connecting the two consecutive layers from the folding line becomes the minimum. Determining the initial position of the hinge, and clustering the initial position of the hinge, and may be adjusted to match the vertical line for each cluster to place the hinge.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 다수의 레이어들 각각의 홀의 위치를 배치하는 단계는, 상기 3차원 물체의 수직 방향 단면도에서 가장 높은 위치를 결정하는 단계, 상기 가장 높은 위치에서 아래로 수직한 직선 방향으로 각 레이어와 만나는 위치를 상기 각각의 홀의 위치로 배치하는 단계, 및 상기 가장 높은 위치에서 아래로 수직한 직선이 상기 3차원 물체와 만나지 않는 레이어가 있는 경우, 상기 3차원 물체와 만나지 않는 첫 번째 레이어의 중앙점과 상기 중앙점으로부터 위/아래 수직으로 각 레이어와 만나는 위치를 각각의 홀의 위치로 추가 배치하는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, disposing positions of the holes of each of the plurality of layers may include determining a highest position in a vertical cross-sectional view of the 3D object, and vertically downward from the highest position. Disposing a position where each layer meets each other in a linear direction as a position of each hole, and when there is a layer in which a straight line vertically down from the highest position does not meet the three-dimensional object, does not meet the three-dimensional object. The method may further include disposing a center point of the first layer and a position where each layer meets each layer vertically from the center point as the position of each hole.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 평면 재료는 폴리에스터(polyester) 필름 또는 폴리이미드(polyimide) 필름과 같이 접히거나 굽혀졌을 때 탄성력을 발생시키는 평면 재료를 사용할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the planar material may be a planar material that generates an elastic force when folded or bent, such as a polyester film or a polyimide film.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 적층식 접기 방식을 이용하여 제작된 3차원 물체의 구동 방법으로서, 상기 3차원 물체에 하나 이상의 구동점 및 구동점에서 연결되는 실의 패스를 결정하는 단계, 상기 구동점에서 상기 실의 패스를 따라 실을 연결하는 단계, 상기 연결된 실을 구동기 및 제어기에 연결하는 단계를 포함하고, 상기 3차원 물체는, 상기 3차원 물체의 형상에 기초하여 평면 재료를 이용하여 다수의 레이어로 구성된 2차원 전개도를 제작하고, 상기 2차원 전개도의 다수의 레이어 각각의 홀을 실로 연결하고, 적층식 접기 방식으로 상기 다수의 레이어들을 연결하는 힌지를 접어 조립될 수 있다.According to another aspect of the present invention, a method of driving a three-dimensional object produced by using a stacked folding method, determining the path of the seal connected to the at least one driving point and the driving point to the three-dimensional object, the driving Connecting the thread along a path of the thread at a point; and connecting the connected thread to a driver and a controller, wherein the three-dimensional object is formed using a planar material based on the shape of the three-dimensional object. It can be assembled by fabricating a two-dimensional development of a layer consisting of, connecting the holes of each of the plurality of layers of the two-dimensional development with a thread, and folding the hinge connecting the plurality of layers in a stacked folding manner.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 구동기 및 제어기에 의해, 연결된 실의 장력을 변경하여 구동점의 위치를 변경하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the method may further include changing, by the driver and the controller, the position of the driving point by changing the tension of the connected thread.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 3차원 물체는, 상기 구동점의 위치가 변경됨에 따라 형상이 변형될 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the shape of the 3D object may be changed as the position of the driving point is changed.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 구동기는 모터를 더 포함하고, 상기 구동점에 연결된 실은 상기 모터에 연결되어, 상기 모터의 구동에 따라 상기 구동점에서 연결된 실의 장력과 길이가 변경될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the driver further includes a motor, the thread connected to the driving point is connected to the motor, the tension and length of the thread connected at the driving point can be changed according to the driving of the motor. have.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 실의 패스는, 상기 구동점으로부터 수직 아래 방향으로 연결될 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the path of the seal may be connected in a vertical downward direction from the driving point.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 실의 패스는, 상기 구동점으로부터 수평 혹은 사선 방향으로 연결되는 구간을 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the seal path may include a section connected in a horizontal or oblique direction from the driving point.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 2차원 전개도는, 상기 3차원 물체의 형상을 지면에 수평 방향으로 슬라이싱하여 상기 다수의 레이어로 구분하고, 상기 3차원 물체의 형상에 기반하여 상기 다수의 레이어들을 연결하는 힌지의 위치를 배치하고, 상기 3차원 물체의 수직 방향 단면도에 기반하여 상기 다수의 레이어들 각각의 홀의 위치를 배치하여 설계될 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the two-dimensional development view may be divided into the plurality of layers by slicing the shape of the three-dimensional object in the horizontal direction on the ground, and based on the shape of the three-dimensional object. The hinges may be arranged by arranging the positions of the hinges connecting the two hinges and the positions of the holes of the plurality of layers based on the vertical cross-sectional view of the three-dimensional object.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 3차원 물체 제조 방법은, 3차원 물체 제작을 위한 2차원 전개도를 알고리즘을 통해 자동 설계할 수 있다. 또한, 자동 설계된 2차원 전개도의 중심점을 연결하여 적층형 접기 방식으로 간단하게 3차원 물체를 제작할 수 있다. 뿐만 아니라, 2차원 전개도의 적층형 접기 방식을 통해 일체로 제작된 3차원 물체는 많은 수의 레이어들이 연속적으로 변하면서 움직이는 동적시스템으로 활용할 수 있고, 소프트로봇(연성 로봇) 등의 간단한 제작 및 구동 방법으로 활용될 수 있다. According to various embodiments of the present disclosure, the method of manufacturing a 3D object may automatically design a 2D development view for producing the 3D object through an algorithm. In addition, by connecting the center point of the automatically designed two-dimensional development view it is possible to simply produce a three-dimensional object in a stacked folding method. In addition, the three-dimensional object manufactured integrally by the stacked folding method of the two-dimensional development can be utilized as a dynamic system that moves with a large number of layers continuously, and a simple method of manufacturing and driving a soft robot (soft robot), etc. It can be used as.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects obtained in the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned above may be clearly understood by those skilled in the art from the following description. will be.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 적측형 접기 방식으로 제작된 3차원 물체 사시도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 적측형 접기 방식으로 3차원 물체를 제작 및 구동하는 방법의 흐름도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 3차원 물체를 제작하기 위해 슬라이싱하는 과정을 도시한다.
도 4a 및 4b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 2차원 전개도의 힌지 및 홀의 위치의 산정 과정을 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 2차원 전개도를 도시한다.
도 6a 및 6b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 2차원 전개도의 홀을 연결한 적층형 접기의 원리를 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 2차원 전개도의 홀을 연결한 적층형 접기를 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 3차원 물체의 구동점을 연결하여 구성된 구동시스템을 도시한다.
도 9a 내지 9d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 구동점의 다양한 예시들을 도시한다.
도 10a 내지 10d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 3차원 물체의 구동 예를 도시한다.
1 is a perspective view of a three-dimensional object manufactured by the folding-type folding method according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing and driving a three-dimensional object in a closed folding manner according to an embodiment of the present invention.
3 illustrates a slicing process for manufacturing a three-dimensional object according to an embodiment of the present invention.
4A and 4B illustrate a process of calculating the position of the hinge and the hole of the 2D development view according to an embodiment of the present invention.
5 illustrates a two-dimensional exploded view according to an embodiment of the present invention.
6A and 6B illustrate a principle of stacked folding connecting holes in a two-dimensional development view according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 illustrates a stacked folding type connecting holes of a two-dimensional development view according to an exemplary embodiment.
8 illustrates a driving system configured by connecting driving points of a 3D object according to an embodiment of the present invention.
9A-9D show various examples of driving points according to an embodiment of the present invention.
10A to 10D show examples of driving a three-dimensional object according to an exemplary embodiment.
상술한 3D 프린팅 기술을 보완하여 원하는 3차원 모델을 기반으로 2차원 전개도를 만들고, 이를 적층하여 3차원 형상의 물체를 제작하는 방식에 관한 연구가 진행되고 있다. 종래의 적층식 3차원 물체 제작 방식은 전개도를 설계하는 과정이 매우 복잡하고, 결과물의 형상모사 정밀도가 매우 낮은 문제가 있으며, 제작된 물체가 대부분 고정된 3차원 구조를 가지므로 동적시스템(예: 로봇)으로 활용하기에는 불가능한 문제를 갖는다. 본 발명은 이러한 2차원 전개도를 자동 설계하여 적층식 접기 방식으로 간단하게 3차원 형상을 제작하고, 제작된 3차원 물체를 입체적으로 구동할 수 있는 방법을 제안한다.Complementing the 3D printing technology described above, a method of producing a two-dimensional development based on a desired three-dimensional model and stacking the three-dimensional object is being studied. The conventional stacked 3D object manufacturing method has a problem that the process of designing a flat pattern is very complicated, and the resultant shape simulation accuracy is very low, and since the manufactured object has a fixed 3D structure, the dynamic system (eg, Robots) is impossible to use. The present invention proposes a method for automatically designing such a two-dimensional developed view to produce a three-dimensional shape simply by a stacking folding method, and three-dimensionally drive the manufactured three-dimensional object.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시 예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용은 제한되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this will be described as an example, whereby the technical spirit of the present invention and its core configuration and operation are not limited.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 적측형 접기 방식으로 제작된 3차원 물체(100)의 사시도를 도시한다. 1 is a perspective view of a three-dimensional object 100 manufactured by the folding-type folding method according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참고하면, 2차원 전개도를 이용하여 적층식 접기 방식으로 완성된 3차원 물체(100)가 도시된다. 도 1에서는 3차원 물체(100)의 예시적인 형상으로 토끼 형상이 도시되어 있으나, 2차원 전개도를 이용하여 적층식 접기 방식으로 제작 가능한 3차원 물체의 형상은 다양하게 변형될 수 있으며, 제한이 없다. 본 발명의 일 실시 예에 따라, 3차원 물체(100)를 제작하기 위한 평면 재료에는 제한이 없으나, 탄성이 있는 평면 재료가 보다 바람직하며, 예를 들어, 폴리에스터(polyester) 필름, 폴리이미드(polyimide) 필름과 같이 접히거나 굽혀졌을 때 탄성력을 발생시키는 평면 재료가 사용될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 제안하는 적층식 접기 방식에 의해서 3차원 물체를 제작하는 경우 수 mm 단위의 작은 3차원 물질도 쉽게 제작이 가능하며 간단한 방법으로 구동할 수 있다.Referring to FIG. 1, a three-dimensional object 100 shown in a stacked folding manner using a two-dimensional developed view is shown. In FIG. 1, a rabbit shape is illustrated as an exemplary shape of the three-dimensional object 100, but the shape of the three-dimensional object that can be manufactured by using a stacked folding method using a two-dimensional development view may be variously modified, without limitation. . According to an embodiment of the present invention, the planar material for manufacturing the three-dimensional object 100 is not limited, but a planar material having elasticity is more preferable, for example, a polyester film, a polyimide ( Flat materials such as polyimide films that generate elastic forces when folded or bent may be used. As shown in Figure 1, when manufacturing a three-dimensional object by the stacking folding method proposed in the present invention can be easily produced a small three-dimensional material of several mm units and can be driven by a simple method.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 적측형 접기 방식으로 3차원 물체를 제작 및 구동하는 방법의 흐름도를 도시한다. 도 2를 참조하면, 3 차원 물체를 제작 및 구동하는 방법은, 2차원 전개도 설계하는 단계(S210), 평면 재료를 이용하여 전개도를 제작하고 실로 연결하는 단계(S220), 적층형 접기 방식으로 3차원 물체를 조립하는 단계(S230) 및 3차원 물체를 구동 제어하는 단계(S240)를 포함한다. 2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing and driving a three-dimensional object in a closed folding manner according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, a method of manufacturing and driving a 3D object includes: designing a 2D development view (S210), manufacturing a development view using a planar material, and connecting the yarns (S220), and 3D by a stacked folding method. Assembling an object (S230) and driving control of the three-dimensional object (S240).
먼저, 3차원 물체에 대한 2차원 전개도를 설계한다(S210). 이를 위해, 도 3에 도시된 바와 같은 3차원 형상을 입력 받아 슬라이싱하여 2차원 전개도를 설계할 수 있다. 예를 들어, 3차원 물체의 형상에 대한 CAD(computer aided design) 파일을 입력 받아 n 개의 레이어들(301-1, … , 301-n)로 슬라이싱하고, 슬라이싱된 각 레이어를 평면에 전개하여 각 레이어가 힌지(hinge)로 연결되도록 2차원 전개도를 설계할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따라, 슬라이싱은 일정한 간격(h)으로 할 수 있고, 3차원 물체의 형상에 따라 특정 부위의 간격은 다르게 설정하여 슬라이싱할 수도 있다. 즉, 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 세밀한 구동이 필요한 부위, 예를 들어 목, 손목, 발목 등과 같은 연결 부위는 슬라이싱 간격을 더욱 좁게 설계할 수도 있다.First, a two-dimensional development view for a three-dimensional object is designed (S210). To this end, a three-dimensional shape as shown in FIG. 3 may be input and sliced to design a two-dimensional developed view. For example, a computer aided design (CAD) file of a shape of a three-dimensional object is input and sliced into n layers 301-1,..., 301-n, and each sliced layer is spread on a plane to provide You can design a two-dimensional view so that the layers are hinged. According to one embodiment of the present invention, the slicing may be made at a constant interval h, and the slicing may be set differently according to the shape of the 3D object. That is, according to another embodiment of the present invention, a portion that requires fine driving, for example, a connection portion such as a neck, wrist, ankle, etc. may be designed to have a narrower slicing interval.
2차원 전개도를 설계하는 단계에서, 3차원 물체의 형상을 지면에 수평 방향으로 슬라이싱한 후 레이어들(301-1, … , 301-n)을 연결하는 힌지의 위치가 배치되고 이들을 연결하여 2차원 평면상에 전개도를 완성하게 된다. 힌지는 적층식 접기에서 접히는 부분이 된다. 본 발명의 일 실시 예에 따라, 힌지의 위치는 3차원 물체를 제작했을 때의 구조적 안정성과 원래 3차원 물체와의 기하학적인 유사도에 기반하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 힌지의 위치는 먼저 접히지 않은 레이어들과 접힘 라인 사이의 면적을 최소로 하는 최적의 위치로 결정될 수 있다. 즉, 연속하는 두 레이어를 XY 평면에서 보았을 때 X 방향으로 가장 끝 점에 접힘라인을 설정하고 이들로부터 연속하는 두 레이어를 연결한 사각형의 면적이 최소가 되는 최적의 위치를 힌지의 초기 위치로 결정할 수 있다. 이렇게 결정된 위치는, 도 4a에 도시된 바와 같이, 클러스터링(clustering) 및 피팅(fitting) 과정을 거쳐, 클러스터마다 수직 라인으로 일치하도록 조정된다. 클러스터의 개수 및 위치 중 하나 이상은 사용자의 입력에 의해 미리 설정된 값일 수 있으며, 도 4a는 4개의 클러스터가 설정된 경우의 예를 도시한다. In the step of designing a two-dimensional view, the shape of the three-dimensional object is sliced horizontally on the ground, and then the positions of the hinges connecting the layers 301-1,. You will complete the development on the plane. The hinge is the fold in the stack. According to an embodiment of the present invention, the position of the hinge may be determined based on the structural stability when the three-dimensional object is manufactured and the geometric similarity with the original three-dimensional object. For example, the position of the hinge may be determined as an optimal position that minimizes the area between the unfolded layers and the fold line first. In other words, when the two consecutive layers are viewed from the XY plane, the folding line is set at the end point in the X direction, and the optimal position where the area of the rectangle connecting the two successive layers is minimum is determined as the initial position of the hinge. Can be. This determined position is adjusted to coincide with a vertical line for each cluster through a clustering and fitting process, as shown in FIG. 4A. At least one of the number and location of clusters may be a value preset by a user input, and FIG. 4A illustrates an example in which four clusters are set.
힌지의 위치까지 결정되면 실들을 엮어서 조립하게 될 각 레이어의 홀(hole) 위치를 결정한다. 홀의 위치는 3차원 물체의 형상에서 결정되어 2차원 전개도 위에 변환시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따라, 3차원 물체의 수직 방향 단면도에서 가장 높은 위치 GM(global maximum)을 결정하고, 아래로 수직한 직선 방향으로 각 레이어와 만나는 위치를 홀(401)의 위치로 결정할 수 있다. 이 때, 수직 방향으로 3차원 물체와 만나지 않는 지점(R3, R4)이 존재하는 경우, 상기 3차원 물체와 만나지 않는 첫 번째 레이어의 중앙점과 상기 중앙점으로부터 위/아래 수직으로 각 레이어와 만나는 위치를 각각의 홀의 위치로 추가 배치할 수 있다. 또는, 두 번째로 높은 위치 LM(local maximum) 위치를 결정하고, 아래로 수직한 직선 방향으로 각 레이어들과 만나는 위치를 두 번째 실의 홀(403)의 위치로 추가할 수 있다. 이 때에도 3차원 물체와 만나지 않는 지점(R4)이 존재하는 경우, 3차원 물체의 무게중심(centroid, C)을 지나는 직선을 연결하고, 세 번째 실의 홀(405)의 위치로 추가할 수 있다. 이러한 예시적인 방법을 통해, 각 홀들(401, 403, 405)을 각각의 실로 엮어서 3차원 물체를 완성하는 경우 구조적 안정성을 더욱 높일 수 있다. 다양한 실시 예들에 따라, 3차원 물체 제작을 위해 엮을 실의 개수 및 각 실의 위치 중 하나 이상은 사용자로부터 입력 받는 위치로 설정될 수 있다. Once the hinges have been determined, the hole positions for each layer to be assembled are assembled. The position of the hole can be determined from the shape of the three-dimensional object and converted over the two-dimensional development. According to an embodiment of the present invention, the highest position GM (global maximum) in the vertical cross-sectional view of the three-dimensional object is determined, and the position of the hole 401 that meets each layer in a straight vertical direction downward is determined. Can be. At this time, when there is a point (R3, R4) that does not meet the three-dimensional object in the vertical direction, the center point of the first layer that does not meet the three-dimensional object and meets each layer vertically up and down from the center point The position can be further arranged to the position of each hole. Alternatively, the second highest position LM (local maximum) position may be determined, and the position where the layers meet each other in a straight vertical direction downward may be added as the position of the hole 403 of the second chamber. In this case, when there is a point R4 that does not meet the 3D object, a straight line passing through the center of gravity (centroid, C) of the 3D object may be connected and added as a position of the hole 405 of the third thread. . Through this exemplary method, when the holes 401, 403, and 405 are woven with their respective threads to complete a three-dimensional object, structural stability may be further increased. According to various embodiments of the present disclosure, one or more of the number of threads to be woven for manufacturing the 3D object and the position of each thread may be set as a position to receive input from a user.
본 발명의 일 실시 예에 따라, 상술한 2차원 전개도의 자동 설계를 위한 슬라이싱, 힌지 설정, 홀 설정 알고리즘은 아래의 [표 1] 내지 [표 3]의 알고리즘 1 내지 3을 따를 수 있다. 이와 같은 알고리즘에 따라, 도 5에 도시된 바와 같은 2차원 전개도(500)가 자동으로 설계될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the slicing, hinge setting, and hole setting algorithms for the automatic design of the two-dimensional development view described above may follow algorithms 1 to 3 of Tables 1 to 3 below. According to such an algorithm, a two-dimensional exploded view 500 as shown in FIG. 5 can be designed automatically.
Figure pat00001
Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00002
Figure pat00003
Figure pat00003
다음으로, 평면재료를 이용하여 전개도를 제작하고 실로 연결한다(S220). 도 5에 도시된 바와 같이, 상술한 방법에 의해 설계된 2차원 전개도에 따라 평면 재료를 이용하여 2차원 전개도(500)를 제작할 수 있다. 2차원 전개도(500)를 제작하는 평면 재료에는 제한이 없으나, 예시적으로 폴리에스터 필름, 또는 폴리이미드 필름과 같은 재료가 사용될 수 있다. 적층식 접기를 위해 제작된 2차원 전개도(500)의 각 레이어의 홀(401)을 실로 연결한다. 도 5 및 6에 도시된 바와 같이, 전개도의 위쪽 방향과 아래쪽 방향을 번갈아 가면서 실을 2차원 전개도(500)의 홀(401)로 통과시켜 엮는다. 상술한 도 4b와 같이 하나 이상의 실의 경로가 설계된 경우, 각 실의 경로마다 위쪽 방향과 아래쪽 방향을 번갈아 가면서 실을 2차원 전개도(500)의 홀(401)로 통과시켜 엮는다. 예를 들어, 도 4b에서 도시된 바와 같이 실의 경로가 3개로 설계된 경우, 각 패스에 연결된 홀들을 3개의 실로 각각 연결한다. 실은 3차원 물체의 수직 단면을 기준으로 위에서 아래방향으로 엮거나 반대로 아래에서 위로 엮는 것이 가능하나, 본 명세서에서는 3차원 물체의 수직 단면을 기준으로 실을 위에서 아래방향으로 엮는 예시를 기준으로 설명한다. 실을 엮는 과정은 자동화 기계에 의해 수행될 수 있다. 다양한 재료가 실로 이용될 수 있으며, 예를 들어 강도가 강한 나일론 실과 같은 재료가 이용될 수 있다. Next, using the planar material to produce a developed view and connected to the yarn (S220). As shown in FIG. 5, the two-dimensional developed view 500 may be manufactured using a planar material according to the two-dimensional developed view designed by the above-described method. Although there is no limitation to the planar material for producing the two-dimensional development view 500, an exemplary material such as a polyester film or a polyimide film may be used. The holes 401 of each layer of the two-dimensional developed view 500 manufactured for the stacked folding are connected with a thread. 5 and 6, the thread is passed through the hole 401 of the two-dimensional development view 500 alternately in the up and down direction of the development view. When the path of one or more yarns is designed as shown in FIG. 4B, the yarns are passed through the holes 401 of the two-dimensional development view 500 alternately in the up and down directions for each yarn path. For example, as shown in FIG. 4B, when three paths of the yarn are designed, the holes connected to each path are connected to the three yarns, respectively. It is possible to weave the yarn from the top to the bottom or vice versa from the bottom to the vertical cross section of the three-dimensional object, but the description will be made based on an example of the yarn from the top to the bottom based on the vertical cross section of the three-dimensional object. . The process of weaving the threads may be performed by an automated machine. Various materials can be used as the yarn, for example a material such as a strong nylon yarn can be used.
이후, 2차원 전개도(500)의 홀을 연결한 하나 이상의 실을 이용하여 적층형 접기 방식으로 3차원 물체를 조립한다(S230). 도 6a 및 6b를 을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따라 3개의 레이어를 갖는 2차원 전개도(500)의 홀(401)을 연결한 적층형 접기의 원리가 도시된다. 도 6a 및 6b에 도시된 바와 같이, 3차원 물체의 수직 단면을 기준으로 위에서 아래방향으로 엮인 실을 아래 방향으로 F1의 힘으로 잡아당기면, F1이 θ1=0일 때의 초기 마찰력보다 커지면 제2 레이어(L2)와 제3 레이어(L3)가 접히기 시작한다. 그 결과로 적층식 접기 메커니즘이 실을 따라 전파된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 아래 방향으로 당기는 힘에 의해 적층식 접기가 진행됨에 따라, 아래부터 힌지가 접힌 레이어들에 의해 3차원 물체 형태가 완성되어 가고, 최종적으로 원하는 3차원 물체의 형상을 제작할 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 3차원 물체를 제작할 때 2차원 전개도를 실이 통과할 수 있는 하나 이상의 구멍을 가진 스테이지(810)위에 배치하고, 구멍에 실을 통과시켜 아래 방향으로 힘을 가하여 3차원 물체를 완성한 후, 실을 고정하여 3차원 물체의 형태를 유지하도록 할 수 있다.Thereafter, using the one or more threads connecting the holes of the two-dimensional development view 500, a three-dimensional object is assembled in a stacked folding manner (S230). Referring to FIGS. 6A and 6B, a principle of stacked folding is illustrated in which holes 401 of a two-dimensional developed view 500 having three layers are connected according to an embodiment of the present invention. As shown in Figures 6a and 6b, by pulling the thread yeokin from top to bottom along its vertical cross-section of the three-dimensional object with a force of F 1 in a downward direction, F 1 is than the initial friction force when θ 1 = 0 When larger, the second layer L2 and the third layer L3 start to fold. As a result, the stacked folding mechanism propagates along the thread. As shown in FIG. 7, as the stacked folding progresses due to the downward pulling force, the three-dimensional object shape is completed by the layers of the hinges folded from below, and finally, the desired shape of the three-dimensional object is obtained. I can make it. As shown in FIG. 8, when fabricating a three-dimensional object, a two-dimensional exploded view is placed on a stage 810 having one or more holes through which the thread can pass, and a force is passed downward through the thread to give a three-dimensional view. After completing the dimensional object, the thread can be fixed to maintain the shape of the 3D object.
마지막으로, 제작된 3차원 물체를 구동 제어한다(S240). 도 8을 참조하면, 3차원 물체를 위해 구동점(801, 803)을 설정하고, 구동점(801, 803)을 따라 실을 연결한 후 구동기 및 제어기(820)에 연결하여 실의 장력이나 길이를 변경하여 구동점(801, 803)의 위치를 변경하는 방법으로 3차원 물체의 구동을 제어할 수 있다. 3차원 물체 아래에 실이 통과할 수 있는 하나 이상의 스테이지(810)를 포함하고, 스테이지(810) 아래에 위치하여 실을 연결할 수 있는 구동기 및 제어기(820)는 각각 모터와 그 동작을 제어하는 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 구동점(801, 803)을 따라 각각 연결된 실을 각각 모터에 연결하여 모터의 동작을 제어하여 3차원 물체의 구동점의 위치를 변화시키고, 이를 통해 3차원 물체의 입체적 움직임을 제어할 수 있다. 예를 들어, 실을 감는 방향으로 모터를 회전시키도록 제어하면 대응하는 구동점에 하방으로 힘이 가해져 구동점이 하방으로 이동하면서 3차원 물체의 모양이 변형될 수 있다. Finally, drive control of the manufactured three-dimensional object (S240). Referring to FIG. 8, the driving points 801 and 803 are set for the three-dimensional object, the threads are connected along the driving points 801 and 803, and then the actuators and the controller 820 are connected to the yarns to adjust the tension or length of the threads. The driving of the 3D object may be controlled by changing the positions of the driving points 801 and 803. A driver and controller 820 including one or more stages 810 through which the thread can pass under the three-dimensional object, and capable of connecting the thread located below the stage 810, respectively, controls at least the motor and its operation. It may include one processor. For example, by connecting the threads connected respectively along the driving points (801, 803) to the motor to control the operation of the motor to change the position of the driving point of the three-dimensional object, thereby controlling the three-dimensional movement of the three-dimensional object can do. For example, when the motor is controlled to rotate in the direction of winding the thread, a force is applied downward to the corresponding driving point so that the shape of the three-dimensional object may be deformed while the driving point moves downward.
본 발명의 일 실시 예에 따라, 구동점 및 구동점을 통한 실의 경로는 2차원 전개도의 설계 단계(S210)에서 함께 설계될 수 있다. 구동점의 개수 및 그 배치는 사용자의 입력에 의해 미리 설정된 값에 따라 정해질 수 있으며, 미리 설정된 값에 따라 2차원 전개도에 구동점과 구동점을 아래로 투사하였을 때 실의 경로를 반영하여 2차원 전개도를 제작 및 실을 연결하는 단계(S220)가 수행될 수 있다. 2차원 전개도의 홀에 연결한 하나 이상의 실을 이용하여 적층형 접기 방식으로 물체를 조립하는 단계(S230)에서 완성된 3차원 물체의 구동점에 연결된 실을 구동기 및 제어기(820)에 연결하여 3차원 물체의 구동을 제어하는 단계(S240)가 수행될 수 있다.According to one embodiment of the invention, the driving point and the path of the thread through the driving point may be designed together in the design step (S210) of the two-dimensional development. The number of driving points and their arrangement can be determined according to a preset value by a user's input, and when the driving point and the driving point are projected downward in a two-dimensional development view according to a preset value, 2 A step S220 of manufacturing a dimensional exploded view and connecting a thread may be performed. In the step of assembling the object by the stacked folding method using one or more threads connected to the holes of the two-dimensional view (S230), the thread connected to the driving point of the completed three-dimensional object is connected to the driver and the controller 820 to be three-dimensional. Step S240 of controlling the driving of the object may be performed.
도 9a 내지 9d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 구동점의 다양한 예시들을 도시한다. 도 9a 내지 9d를 참조하면, 구동점들(901, 903, 905, 907)에 연결된 하나 이상의 실에 걸리는 장력을 조절하여 변형되는 3차원 물체의 종단면도를 도시한다. 9A-9D show various examples of driving points according to an embodiment of the present invention. 9A-9D, a longitudinal cross-sectional view of a three-dimensional object that is deformed by adjusting the tension applied to one or more threads connected to drive points 901, 903, 905, 907.
도 9a를 참조하면, 구동점(901)에 연결된 실(a)에만 하방으로 힘을 가했을 때(예: 모터에 연결된 실을 감는 방향으로 모터를 구동), 실(a)에 걸리는 장력이 증가하고 연결된 구동점(901)의 위치가 수직 아래방향으로 이동한다. 이에 따라, 동일한 레이어 상에 위치한 구동점(903)의 위치도 함께 변형되어 3차원 물체의 형상이 도 9a와 같이 비스듬히 압축된 형태로 구동될 수 있다. Referring to FIG. 9A, when a force is applied downward only to the yarn a connected to the driving point 901 (for example, the motor is driven in a direction of winding the yarn connected to the motor), the tension applied to the yarn a increases. The position of the connected driving point 901 moves vertically downward. Accordingly, the position of the driving point 903 located on the same layer is also deformed so that the shape of the 3D object may be driven in an obliquely compressed form as shown in FIG. 9A.
도 9b를 참조하면, 구동점(901)에 연결된 실(c)에만 하방으로 힘을 가했을 때, 실(c)에 연결된 구동점(901)의 위치가 수직 아래방향으로 이동한다. 도 9a와 달리 구동점(903)은 구동점(901)과 다른 레이어에 위치하고 있고, 구동점(901)이 수직 방향으로 중간 절개된 레이어에 위치함으로써 절개 레이어가 비스듬히 압축되어 3차원 물체의 동작(예: 입을 벌리는 동작 등)을 표현하도록 구동될 수 있다.Referring to FIG. 9B, when a force is applied downward only to the seal c connected to the driving point 901, the position of the drive point 901 connected to the seal c moves vertically downward. Unlike in FIG. 9A, the driving point 903 is located on a different layer from the driving point 901, and the driving point 901 is positioned on a layer in which the driving point 901 is cut in the vertical direction. For example, opening mouth, etc.).
도 9c를 참조하면, 구동점(901)에 연결된 실(e)에 하방으로 힘을 가하고, 구동점(905)에 연결된 실(g)은 하방의 힘을 약화시키는 경우(예: 모터에 연결된 실을 푸는 방향으로 모터를 구동), 실(e)에 걸리는 장력이 증가하여 연결된 구동점(901)의 위치가 아래방향으로 이동하고, 실(g)에 걸리는 장력이 감소하여 연결된 구동점(905)의 위치는 위 방향으로 이동한다. 구동점(903)은 구동점들(901, 905)과 다른 레이어에 위치하고 있고, 구동점(901) 및 구동점(905)의 아래가 아닌 위 쪽에 3차원 입체 부분이 위치하므로, 도 9c와 같이 구동점(903)이 상/하 회전 이동 하게 된다. 이러한 상/하 회전 이동을 하도록 하여 3차원 물체의 동작(예: 고개를 끄덕이는 동작)을 표현하도록 구동될 수 있다.Referring to FIG. 9C, when a force is applied downwardly to a seal e connected to the driving point 901, and a seal g connected to the driving point 905 weakens downward force (for example, a seal connected to a motor). Drive the motor in the direction of unwinding), the tension applied to the thread (e) is increased to move the position of the connected driving point 901 downward, the tension applied to the thread (g) is reduced, the connected driving point 905 The position of moves in the upward direction. Since the driving point 903 is located on a different layer from the driving points 901 and 905, and the three-dimensional solid part is positioned above the driving point 901 and the driving point 905, as shown in FIG. 9C. The driving point 903 is rotated up and down. The up / down rotational movement may be driven to represent the motion of the three-dimensional object (eg, a nodding motion).
도 9d는 구동점들(901, 903, 905, 907)에 연결된 하나 이상의 실에 힘을 가했을 때 3차원 물체의 변형 종단면도 및 평면도를 도시한다. 본 발명의 일 실시 예에 따라, 도 9d와의 종단면도와 같이 실(i) 및 실(j)은 3차원 물체의 상부와 간격을 가지고 배치되는 3차원 물체의 하부 사이에서 구동점(901) 및 구동점(903)으로부터 수평 혹은 사선방향으로 연결될 수 있다. 실(h) 및 실(k)은 3차원 물체의 상부와 간격을 가지고 배치되는 3차원 물체의 하부 사이에서 구동점(905) 및 구동점(907)으로부터 바깥 사선방향으로 연결될 수 있다. 도 9d의 평면도를 참조하면, 구동점(901)에 연결된 실(i)에 하방으로 힘을 가하고(예: 모터에 연결된 실을 감는 방향으로 모터를 구동), 구동점(903)에 연결된 실(j)에 하방의 힘을 약화시키는 경우(예: 모터에 연결된 실을 푸는 방향으로 모터를 구동), 3차원 물체의 상부가 회전 좌/우(도 9d의 경우 반시계방향)로 회전 이동하게 된다. 또한, 구동점(905)에 연결된 실(k)에 하방으로 힘을 가하고, 구동점(907)에 연결된 실(h)에 하방의 힘을 약화시키는 경우, 3차원 물체의 상부가 회전 좌/우(도 9d의 경우 시계방향)로 회전 이동하게 된다. 따라서, 3차원 물체의 상하 간격을 위치한 두 부분을 도 9d와 같이 연결하면 상부의 시계방향 혹은 시계반대방향으로 좌/우 회전 이동하도록 3차원 물체의 동작(예: 고개를 돌리는 동작)을 표현하도록 구동될 수 있다.9D shows a modified longitudinal cross-sectional view and a plan view of a three-dimensional object when a force is applied to one or more seals connected to the drive points 901, 903, 905, 907. According to an embodiment of the present invention, as shown in the longitudinal cross-sectional view of FIG. 9D, the yarns i and j are driven between the driving point 901 and the lower portion of the three-dimensional object disposed at a distance from the upper portion of the three-dimensional object. From point 903 it may be connected horizontally or obliquely. The yarn h and the yarn k may be connected in an oblique direction outward from the driving point 905 and the driving point 907 between the upper portion of the three-dimensional object and the lower portion of the three-dimensional object disposed at a distance. Referring to the plan view of FIG. 9D, a downward force is applied to the thread i connected to the driving point 901 (for example, the motor is driven in a winding direction of the thread connected to the motor), and a thread connected to the driving point 903 ( j) weakening the downward force (for example, driving the motor in the direction of loosening the thread connected to the motor), the upper part of the three-dimensional object is rotated to the left / right rotation (counterclockwise in Figure 9d) . In addition, when a force is applied downwardly to the chamber k connected to the driving point 905 and the force of the downward force is weakened on the chamber h connected to the driving point 907, the upper part of the three-dimensional object rotates left and right. It is rotated in the clockwise direction in the case of FIG. 9D. Therefore, when connecting two portions positioned up and down the three-dimensional object as shown in Fig. 9d to express the movement of the three-dimensional object (for example, turning the head) to move left / right in the clockwise or counterclockwise direction of the top Can be driven.
도 10a 내지 10d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 3차원 물체의 구동 예를 도시한다. 도 10a 내지 10d를 참조하면, 도 9에서 도시된 바와 같이 구동점들 및 실의 경로를 구성하여 3차원 물체의 동작이 표현되도록 구동할 수 있다. 10A to 10D show examples of driving a three-dimensional object according to an exemplary embodiment. Referring to FIGS. 10A to 10D, as shown in FIG. 9, the driving points and the path of the seal may be configured to drive the three-dimensional object.
도 10a에 도시된 바와 같이, 상술한 적층식 접기 방식으로 완성된 3차원 물체(예: 토끼)에 아무런 힘을 가하지 않으면 그 형상을 유지한다. 도 9d에서 도시된 바와 같이 구동점 및 실의 경로를 구성하고, 한 쌍의 실에 서로 반대 방향의 힘이 가하도록 구동하는 경우(예: 실(i)에 하방으로 힘을 가하고 실(j)에 하방의 힘을 약화시키는 경우) 도 10b 및 10d에 도시된 바와 같이 3차원 물체의 동작(예: 토끼의 머리를 반시계/시계 방향으로 좌/우 회전(고개 젓기))을 표현할 수 있다. 또한, 도 9a나 9c와 같이 구동점 및 실의 경로를 구성하여 실에 대한 하방 힘을 약화시키는 경우, 도 10c에 도시된 바와 같이 3차원 물체의 동작(예: 토끼의 고개를 상/하 회전(고개 들기))을 표현할 수 있다. As shown in FIG. 10A, if no force is applied to the three-dimensional object (for example, a rabbit) completed by the above-described stacked folding method, the shape is maintained. As shown in FIG. 9D, the driving point and the path of the yarn are configured, and when the pair of yarns are driven to apply forces in opposite directions to each other (for example, the force is applied downward to the yarn i and the yarn j). In the case of weakening the force below, the motion of the three-dimensional object (eg, turning the rabbit's head counterclockwise / clockwise (hover)) can be expressed as shown in FIGS. 10B and 10D. In addition, as shown in FIG. 9A or 9C, when the driving point and the path of the yarn are configured to weaken the downward force on the yarn, as shown in FIG. 10C, the motion of the three-dimensional object (for example, the rabbit's head is turned up / down). (Raise your head)).
이와 같이, 3차원 물체의 슬라이싱, 힌지 배치, 홀 배치를 통해 2차원 전개도를 자동으로 설계하고, 저렴한 평면 재료로 제작된 2차원 전개도에서 홀을 실로 연결하여 적층형 접기 방식으로 간단히 3차원 물체를 제작할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 제안하는 적층형 접기 방식으로 제작된 3차원 물체 및 그 구동 방법에 의하면, 많은 수의 레이어들이 연속적으로 변하면서 움직이기 때문에 생물체의 피부와 같이 부드러운 동작을 구현할 수 있으며, 몸체의 중량이 매우 작고 탄성이 높도록 구현이 가능하여 빠른 동작을 구현할 수 있다. 이것은 다양한 로봇, 모형 제작 분야에 다양하게 활용될 수 있으며, 특히 소프트로봇 분야에서 활용될 수 있다. As such, two-dimensional developments can be automatically designed through slicing, hinge placement, and hole placement of three-dimensional objects, and two-dimensional developments made of inexpensive planar materials can be connected to yarns to create three-dimensional objects simply by stacking folding. Can be. In addition, according to the three-dimensional object manufactured by the laminated folding method proposed in the present specification and a driving method thereof, since a large number of layers continuously change and move, a smooth operation such as skin of an organism can be realized, and the weight of the body This very small and high elasticity can be implemented to implement fast operation. It can be used in various robots and modeling fields, and especially in the field of soft robots.
상술한 구체적인 실시 예들에서, 발명에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다. 그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 상술한 실시 예들이 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.In the above-described specific embodiments, the components included in the invention are expressed in the singular or plural according to the specific embodiments presented. However, the singular or plural expressions are selected to suit the circumstances presented for convenience of description, and the above-described embodiments are not limited to the singular or plural elements, and the singular or plural elements may be composed of the singular or the plural elements. However, even a component expressed in the singular may be configured in plural.
한편 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 다양한 실시 예들이 내포하는 기술적 사상의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Meanwhile, in the description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications may be made without departing from the scope of the technical idea included in the various embodiments. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined by the claims below and equivalents thereof.

Claims (13)

  1. 적층식 접기 방식을 이용한 3차원 물체의 제작 방법으로서,
    상기 3차원 물체의 형상에 기초하여 다수의 레이어로 구성된 2차원 전개도를 설계하는 단계;
    평면 재료를 이용하여 상기 2차원 전개도를 제작하는 단계;
    상기 2차원 전개도의 다수의 레이어 각각의 홀을 실로 연결하는 단계; 및
    적층식 접기 방식으로 상기 다수의 레이어들을 연결하는 힌지를 접어 3차원 물체를 조립하는 단계;를 포함하는, 제작 방법.
    As a method of manufacturing a three-dimensional object using a stacked folding method,
    Designing a two-dimensional developed view composed of a plurality of layers based on the shape of the three-dimensional object;
    Fabricating the two-dimensional development using planar material;
    Connecting the holes of each of the plurality of layers of the two-dimensional view with a thread; And
    Assembling a three-dimensional object by folding a hinge connecting the plurality of layers in a stacked folding manner.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 2차원 전개도를 설계하는 단계는,
    상기 3차원 물체의 형상을 지면에 수평 방향으로 슬라이싱하여 상기 다수의 레이어로 구분하는 단계;
    상기 3차원 물체의 형상에 기반하여 상기 다수의 레이어들을 연결하는 힌지의 위치를 배치하는 단계; 및
    상기 다수의 레이어들 각각의 홀의 위치를 배치하는 단계;를 포함하는, 제작 방법.
    The method of claim 1,
    Designing the two-dimensional development view,
    Dividing the shape of the three-dimensional object in the horizontal direction on the ground to divide the plurality of layers into the plurality of layers;
    Disposing a hinge position connecting the plurality of layers based on the shape of the three-dimensional object; And
    Disposing a position of a hole in each of the plurality of layers.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 평면 재료를 이용하여 상기 2차원 전개도를 제작하는 단계는,
    상기 힌지와 상기 레이어가 포함된 3차원 물체의 레이어들을 펴서 2차원 평면에 상기 평면 재료를 이용하여 상기 2차원 전개도를 제작하는 단계를 포함하는, 제작 방법.
    The method of claim 2,
    Producing the two-dimensional developed view using the planar material,
    And unfolding the layers of the three-dimensional object including the hinge and the layer to produce the two-dimensional development using the planar material in a two-dimensional plane.
  4. 제2항에 있어서,
    힌지를 배치하는 단계는,
    연속하는 두 레이어의 일단에 접힘 라인을 설정하였을 때, 상기 접힘 라인으로부터 상기 연속하는 두 레이어를 연결한 사각형의 면적이 최소가 되는 위치를 힌지의 초기 위치로 결정하는 단계; 및
    상기 힌지의 초기 위치를 클러스터링 하고, 각 클러스터마다 수직 라인으로 일치하도록 조정하여 힌지를 배치하는 단계;를 포함하는, 제작 방법.
    The method of claim 2,
    Deploying the hinge
    Determining an initial position of a hinge when a folding line is set at one end of two successive layers, the minimum area of a rectangle connecting the two successive layers from the folding line; And
    Clustering the initial positions of the hinges, and arranging the hinges by adjusting the vertical lines to coincide with the vertical lines for each cluster.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 레이어들 각각의 홀의 위치를 배치하는 단계는,
    상기 3차원 물체의 수직 방향 단면도에서 가장 높은 위치를 결정하는 단계;
    상기 가장 높은 위치에서 아래로 수직한 직선 방향으로 각 레이어와 만나는 위치를 상기 각각의 홀의 위치로 배치하는 단계; 및
    상기 가장 높은 위치에서 아래로 수직한 직선이 상기 3차원 물체와 만나지 않는 레이어가 있는 경우, 상기 3차원 물체와 만나지 않는 첫 번째 레이어의 중앙점과 상기 중앙점으로부터 위/아래 수직으로 각 레이어와 만나는 위치를 각각의 홀의 위치로 추가 배치하는 단계를 포함하는, 제작 방법.
    The method of claim 1,
    Positioning the holes of each of the plurality of layers,
    Determining the highest position in the vertical cross sectional view of the three-dimensional object;
    Disposing a position where each layer meets each other in a straight line direction perpendicular from the highest position to the position of each hole; And
    When there is a layer in which the straight line vertically down from the highest position does not meet the 3D object, the center point of the first layer which does not meet the 3D object and meet each layer vertically up and down from the center point Further positioning the position into the position of each hole.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 평면 재료는 폴리에스터(polyester) 필름 또는 폴리이미드(polyimide) 필름과 같이 접히거나 굽혀졌을 때 탄성력을 발생시키는 평면재료를 사용하는, 제작 방법.
    The method of claim 1,
    And the planar material uses a planar material that generates an elastic force when folded or bent, such as a polyester film or a polyimide film.
  7. 적층식 접기 방식을 이용하여 제작된 3차원 물체의 구동 방법으로서,
    상기 3차원 물체에 하나 이상의 구동점 및 구동점에서 연결되는 실의 패스를 결정하는 단계;
    상기 구동점에서 상기 실의 패스를 따라 실을 연결하는 단계; 및
    상기 연결된 실을 구동기 및 제어기에 연결하는 단계;를 포함하고,
    상기 3차원 물체는, 상기 3차원 물체의 형상에 기초하여 평면 재료를 이용하여 다수의 레이어로 구성된 2차원 전개도를 제작하고, 상기 2차원 전개도의 다수의 레이어 각각의 홀을 실로 연결하고, 적층식 접기 방식으로 상기 다수의 레이어들을 연결하는 힌지를 접어 조립되는, 구동 방법.
    As a driving method of a three-dimensional object manufactured using a stacked folding method,
    Determining at least one driving point and a path of a seal connected to the three-dimensional object at the driving point;
    Connecting a seal along a path of the seal at the driving point; And
    Connecting the connected seal to a driver and a controller;
    The three-dimensional object, based on the shape of the three-dimensional object to produce a two-dimensional developed view composed of a plurality of layers using a planar material, connecting the holes of each of the plurality of layers of the two-dimensional developed view with a thread, stacked type And a hinge assembled by folding the plurality of layers in a folding manner.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 구동기 및 제어기에 의해, 연결된 실의 장력이나 길이를 변경하여 구동점의 위치를 변경하는 단계;를 더 포함하는, 구동 방법.
    The method of claim 7, wherein
    And changing, by the driver and controller, the position of the driving point by changing the tension or length of the connected yarn.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 3차원 물체는, 상기 구동점의 위치가 변경됨에 따라 형상이 변형되는, 구동 방법.
    The method of claim 8,
    The three-dimensional object is a driving method, the shape is changed as the position of the driving point is changed.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 구동기는 모터를 더 포함하고,
    상기 구동점에 연결된 실은 상기 모터에 연결되어, 상기 모터의 구동에 따라 상기 구동점에서 연결된 실의 장력과 길이가 변경되는, 구동 방법.
    The method of claim 8,
    The driver further comprises a motor,
    The thread connected to the driving point is connected to the motor, the tension and length of the thread connected at the driving point is changed according to the driving of the motor.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 실의 패스는, 상기 구동점으로부터 수직 아래 방향으로 연결되는, 구동 방법.
    The method of claim 7, wherein
    A path of the seal is connected in a vertical downward direction from the driving point.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 실의 패스는, 상기 구동점으로부터 수평 혹은 사선 방향으로 연결되는 구간을 포함하는, 구동 방법.
    The method of claim 7, wherein
    The path of the seal includes a section connected in the horizontal or oblique direction from the driving point.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 2차원 전개도는, 상기 3차원 물체의 형상을 지면에 수평 방향으로 슬라이싱하여 상기 다수의 레이어로 구분하고, 상기 3차원 물체의 형상에 기반하여 상기 다수의 레이어들을 연결하는 힌지의 위치를 배치하고, 상기 3차원 물체의 수직 방향 단면도에 기반하여 상기 다수의 레이어들 각각의 홀의 위치를 배치하여 설계되는, 구동 방법.
    The method of claim 7, wherein
    The two-dimensional development view, slicing the shape of the three-dimensional object in the horizontal direction on the ground divided into the plurality of layers, based on the shape of the three-dimensional object to place the position of the hinge connecting the plurality of layers And the position of the holes of each of the plurality of layers is designed based on a vertical cross-sectional view of the three-dimensional object.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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2D 캐드 도면 3D로 변환후 목재 필라멘트로 출력한 작품입니다. 네이버 블로그, [online], 2016.11.08., [2019년 12월 18일 검색], 인터넷:<URL: https://blog.naver.com/seojin5536/220856268118>* *
Cynthia Sung et. al., Self-folded Soft Robotic Structures with Controllable Joints. 2017 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA) Singapore, 2017.5.29. - 6.3., pp. 580-587.* *

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