KR20220137300A

KR20220137300A - 안티락 구조체 및 안티락 구조체를 포함하는 지지구조물

Info

Publication number: KR20220137300A
Application number: KR1020210043164A
Authority: KR
Inventors: 장재호; 공현철; 김동민
Original assignee: 주식회사 에프알티
Priority date: 2021-04-02
Filing date: 2021-04-02
Publication date: 2022-10-12

Abstract

본 발명은 안티락 구조체 및 안티락 구조체를 포함하는 지지구조물에 관한 것으로서, 탄성적으로 가변되는 가동범위가 형성되는 안티락 구조체에 있어서, 외력에 의해 절곡되면서 가동범위만큼 접철되는 하나 이상의 링크; 및 링크와 연결되고, 링크가 최대 접철지점에서 접촉되는 조인트;를 포함하는, 안티락 구조체가 제공된다.

Description

안티락 구조체 및 안티락 구조체를 포함하는 지지구조물{ANTI-LOCK STRUCTURE AND SUPPORT STRUCTURE COMPRISING THE SAME}

본 발명은 안티락 구조체 및 안티락 구조체를 포함하는 지지구조물에 관한 것이다.

일반적으로 특정대상을 지지하기 위한 구조로서 공기, 충진제(재), 탄성재 등을 통해 지지 및 충격을 완화하는 구조물이 종래에는 사용되어 오고 있다. 이러한 소재 특성을 이용한 구조체의 경우 소재가 가진 물성을 통한 하나의 기능을 드러낼 뿐이다. 즉, 소재특성상 연질 및 경질 중 하나의 특성을 가지고 있어서 연성 및 강성 중 하나의 특성만 기대할 수 있다. 따라서, 주로 유사한 성격의 환경에 지속적으로 노출되는 경우에 그에 대한 대응은 가능하나 성향이 다른 환경에 반복적으로 노출되는 경우에는 파단되거나 그 기능이 가변적으로 대응되는 것을 기대하기 어렵다. 따라서, 다양한 환경에 가변적으로 대응하기 위해 별도의 동력을 전달받아 동작하는 장치 등이 종래에는 사용되기도 하나, 이는 적용대상 장치의 무게를 증가시키는 것은 물론이고, 제조비용의 증가를 초래하는 문제점이 있다.

따라서, 별도의 동력을 전달받지 않고, 가변적으로 완충 및 지지기능을 구현할 수 있는 구조체가 요구되는 것이 현실이다.

대한민국 공개특허공보 제 10-2020-0142686 호 (2020. 12. 23)

본 발명의 일 실시예는 물성 및 구조를 통해 가변구간에 따라 완충 및 지지를 대응할 수 있는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예는 가변구간에 따라 상이한 효과를 구현하는 구조체를 적용한 지지구조물을 형성하는 것을 목적으로 한다.

그리고, 링크 및 조인트는 동일한 소재로 구성될 수 있다.

또한, 압축방향으로 작용하는 외력에 의해 수축됨으로써 강도가 증가할 수 있다.

탄성적으로 가변되는 가동범위가 형성되고, 외력에 의해 절곡되면서 가동범위만큼 접철되는 하나 이상의 링크 및 링크와 연결되고 링크가 최대 접철지점에서 접촉되는 조인트를 포함하는 안티락 구조체; 및 안티락 구조체의 외주연 중 적어도 일부구간에 마련되고, 충진유체의 유입에 의해 팽창되는 튜브;를 포함할 수 있다.

그리고, 안티락 구조체는 대칭되도록 한 쌍이 마련되고, 한 쌍의 안티락 구조체를 연결하는 결합부를 더 포함하며, 결합부와 비접촉된 안티락 구조체의 외주연에 각각 튜브가 마련될 수 있다.

또한, 안티락 구조체의 외주연은 다각형 형태로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 메타구조체의 링크 구조 내에 조인트를 배치시킴으로써, 물성 및 구조를 통해 가변구간에 따라 완충 및 지지를 대응할 수 있는 구조체를 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 가변구간에 따라 상이한 효과를 구현하는 하나 이상의 구조체를 이용하여 형성한 지지구조물을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구조체의 사시도 및 부분확대도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구조체로서, 도 2(a)는 구조체의 평면도이고, 도 2(b)는 구조체의 정면도이며, 도2(c)는 구조체의 측면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 구조체를 나타낸 것으로서, 도 3(a)는 구조체가 미압축된 상태를 나타낸 도면이고, 도 3(b)는 구조체가 압축된 상태를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 실시예를 나타낸 것으로서, 도 4(a) 및 도 4(b)는 가변되는 구조체를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 구조체를 적용한 지지구조물을 나타낸 도면으로서, 도 5(a)는 지지구조물의 외주연에 마련된 튜브가 충진되는 것을 나타낸 도면이고, 도 5(b)는 지지구조물의 구조를 나타낸 도면.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.

이하에서 설명한 본 발명의 일 실시예는 가변강성 메타구조체의 일종일 수 있다. 가변강성 메타구조체란, 자연에서 얻을 수 없는 성질을 가지도록 인공적인 배열을 하여 설계된 물질로 정의할 수 있다. 이러한 성질을 가진 메타구조체를 통해 물리화학적 특성을 증가시켜 웨어러블 로봇 등 다양한 분야에 적용이 가능하다.

이하의 실시예를 통해 탄성적으로 가변되는 가동범위가 형성되는 안티락 구조체(100)(이하, 구조체(100))에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구조체(100)의 사시도 및 부분확대도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구조체(100)로서, 도 2(a)는 구조체(100)의 평면도이고, 도 2(b)는 구조체(100)의 정면도이며, 도2(c)는 구조체(100)의 측면도이다.

구조체는 외력(P)에 의해 절곡되면서 가동범위만큼 접철되는 하나 이상의 링크(도 3의 110) 및 링크(110)와 연결되고, 링크(110)가 최대 접철지점에서 접촉되는 조인트(도 3의 120)를 포함한다. 여기서, 링크(110) 및 조인트(120)는 동일한 소재로 구성될 수 있다. 또한, 압축방향으로 작용하는 외력(도 3의 P)에 의해 수축됨으로써 강도가 증가할 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 구조체(100)는 구조체(100)의 연장구조들 사이로 공극이 형성될 수 있다. 상기 공극은 구조체(100)가 외력(P)에 의해 변형되는 경우에 변형가능한 가동범위를 형성하고 구조체(100) 자체의 소재 또는 구조적인 요인에 의해 기 결정된 범위 내에서 탄성적으로 가동될 수 있다. 이러한 탄성적인 가동범위를 통해 외력(P)을 수용할 수 있다. 그러나 상기 탄성적으로 가동되는 범위에는 한계가 있으며, 상기 한계에 도달하면 외력(P)에 의해 압축된 상태로 외력(P)을 지지할 수 있다.

즉, 구조체(100)는 공극이 형성되도록 마련되되, 공극 및 가동범위 형성을 위한 관절구조의 형성을 통한 가동범위에 따라 외력(P)을 수용할 수 있는 방향과 정도가 결정될 수 있다. 따라서, 상기 한계는 공극이 존재하지 않도록 외력(P)에 의해 구조체(100) 간의 접촉이 발생하거나

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 구조체(100)를 나타낸 것으로서, 도 3(a)는 구조체(100)가 미압축된 상태를 나타낸 도면이고, 도 3(b)는 구조체(100)가 압축된 상태를 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 연성메커니즘을 기반으로 구조체(100)를 형성할 수 있다. 여기서 연성메커니즘은 작은 강성의 소재가 링크(110)와 조인트(120)로 활용되어 움직임을 생성하는 것으로서 도시된 바와 같이 링크(110) 사이에 조인트(120)를 형성함으로써 외력(P)에 의한 구조체(100)의 압축시에 도 3(b)와 같이 강성을 띌 수 있다.

본 예시의 경우 압축방향으로 작용하는 외력(P)에 의해 구조체(100)의 크기가 수축됨으로써 기 결정된 수준으로 수축되면 상기 외력(P)에 대하여 지지하는 강도가 형성될 수 있다. 여기서 기 결정된 수준은 가동범위의 한계시점으로서, 구조체(100)의 형상마다 다를 수 있고, 선택적으로 결정될 수 있다. 도 3에 도시된 예시는 링크(110)의 길이와 링크(110) 간 위치된 조인트(120)의 형상에 따라 상기 강도가 구현되는 시점이 달라질 수 있다. 따라서, 링크(110)의 구동궤적, 링크(110)의 길이 및 조인트(120)의 형상 등을 결정함으로써 상기 한계시점을 선택적으로 결정할 수 있다.

구체적으로 도 3(b)의 경우, 장방형의 마름모 형태 조인트(120)가 형성되고, 외력(P)에 의해 가압될 때 조인트(120)의 표면과 링크(110)가 접촉되며, 접촉시점부터 외력(P)에 대하여 강성이 발생될 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 실시예를 나타낸 것으로서, 도 4(a) 및 도 4(b)는 가변되는 구조체(100)를 나타낸 도면이다.

도 4(a)를 참조하면, 연결부(130)에 의해 인장되는 제2링크(112)는 상하배치된 제1링크(111) 간 간격에 의해 인장 중 가변거리의 한계시점에 도달할 수 있다. 또한, 도 4(b)를 참조하면, 연결부(130)에 의해 압축되는 제2링크(112)는 제1링크(111)의 길에 의해 압축가능한 가변구간이 결정될 수 있다. 이는 압축력에 대하여 조인트(120)없이 제1링크(111)의 길이에 의해 강도가 발생할 수 있는 구조가 될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 구조체(100)를 적용한 지지구조물(10)을 나타낸 도면으로서, 도 5(a)는 지지구조물(10)의 외주연에 마련된 튜브(15)가 충진되는 것을 나타낸 도면이고, 도 5(b)는 지지구조물(10)의 구조를 나타낸 도면이다.

도 5를 참조하면, 지지구조물(10)은 탄성적으로 가변되는 가동범위가 형성되고, 외력(P)에 의해 절곡되면서 가동범위만큼 접철되는 하나 이상의 링크(110) 및 링크(110)와 연결되고 링크(110)가 최대 접철지점에서 접촉되는 조인트(120)를 포함하는 안티락 구조체(100)를 포함할 수 있다. 그리고, 안티락 구조체(100)의 외주연 중 적어도 일부구간에 마련되고, 충진유체의 유입에 의해 팽창되는 튜브(15)를 포함할 수 있다.

여기서, 안티락 구조체(100)는 대칭되도록 한 쌍이 마련되고, 한 쌍의 안티락 구조체(100)를 연결하는 결합부(130)를 더 포함하며, 결합부(130)와 비접촉된 안티락 구조체(100)의 외주연에 각각 튜브(15)가 마련될 수 있다. 이러한 안티락 구조체(100)는 외주연이 다각형 형태로 형성될 수 있다.

본 예시는 앞서 설명한 도 1 내지 도 4에 개시한 구조체(100)를 포함하는 지지구조물(10)로서 예를 들면, 웨어러블 로봇에 적용될 수 있는 지지구조물(10)일 수 있다. 전술한 바와 같이 압축 또는 인장 등의 외력(P)이 작용될 경우 강성이 발생하거나 강성이 증가하게 되고, 외력(P)의 미작용시에 유연한 형태가 될 수 있도록 구현하는 에어모듈의 일종일 수 있다. 공기가 유입될 수 있는 튜브(15)와 메타구조체 간의 결합이 이루어진 형태로 외부에서 상기 튜브(15)로 공기가 유입되면 팽창하는 튜브(15)가 메타구조체에 외력(P)으로서 작용하고 메타구조체는 외력(P)에 대항하는 강도가 형성될 수 있다.

이하는 튜브(15)에 공기의 미주입시와 주입시를 비교한 실험데이터이고 공기의 주입시에는 공기압력 200Kpa을 주입한 상태로 실험을 실시하였다.

공기 주입 전인 표 1과 공기 주입 후인 표 2를 비교하면 변형률(strain) 50%일 때 최대하중(Max load) 및 전단 탄성계수(Shear modulus)가 약 2배 내지 3배 증가한 것을 확인할 수 있으며, 이는 메타구조체가 외력(P) 작용 시 충격 흡수 및 지지기능을 보다 효과적으로 수행하는 것을 확인할 수 있다.

이상에서 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

10 : 지지구조물
11 : 제1튜브
15 : 제2튜브
100 : 구조체
110 : 링크
111 : 제1링크
112 : 제2링크
120 : 조인트
130 : 연결부
A : 제1각도
B : 제2각도
C : 제3각도
P : 외력

Claims

탄성적으로 가변되는 가동범위가 형성되는 안티락 구조체에 있어서,
상기 외력에 의해 절곡되면서 상기 가동범위만큼 접철되는 하나 이상의 링크; 및
상기 링크와 연결되고, 상기 링크가 최대 접철지점에서 접촉되는 조인트;를 포함하는, 안티락 구조체.
청구항 1에 있어서,
상기 링크 및 상기 조인트는 동일한 소재로 구성되는, 안티락 구조체.
청구항 1에 있어서,
압축방향으로 작용하는 상기 외력에 의해 수축됨으로써 강도가 증가하는, 안티락 구조체.
탄성적으로 가변되는 가동범위가 형성되고, 상기 외력에 의해 절곡되면서 상기 가동범위만큼 접철되는 하나 이상의 링크 및 상기 링크와 연결되고 상기 링크가 최대 접철지점에서 접촉되는 조인트를 포함하는 안티락 구조체; 및
상기 안티락 구조체의 외주연 중 적어도 일부구간에 마련되고, 충진유체의 유입에 의해 팽창되는 튜브;를 포함하는, 안티락 구조체를 포함하는 지지구조물.
청구항 4에 있어서,
상기 안티락 구조체는 대칭되도록 한 쌍이 마련되고,
한 쌍의 상기 안티락 구조체를 연결하는 결합부를 더 포함하며, 상기 결합부와 비접촉된 상기 안티락 구조체의 외주연에 각각 상기 튜브가 마련되는, 안티락 구조체를 포함하는 지지구조물.
청구항 4에 있어서,
상기 안티락 구조체의 외주연은 다각형 형태로 형성되는, 안티락 구조체를 포함하는 지지구조물.