WO2017065476A1 - 액추에이터 및 이를 포함하는 구조물 - Google Patents

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WO2017065476A1
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unit
string
actuator
length
weight
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유지환
포포프디미트리
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한국기술교육대학교 산학협력단
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H19/00—Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion
    • F16H19/02—Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion for interconverting rotary or oscillating motion and reciprocating motion
    • F16H19/06—Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion for interconverting rotary or oscillating motion and reciprocating motion comprising flexible members, e.g. an endless flexible member
    • F16H19/0654—Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion for interconverting rotary or oscillating motion and reciprocating motion comprising flexible members, e.g. an endless flexible member using twisting movement of flexible members to modify the axial length of the mechanism
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/02—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/14—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring distance or clearance between spaced objects or spaced apertures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G—PHYSICS
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    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/16—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying resistance

Definitions

  • the present invention relates to an actuator and a structure including the same, and more particularly, to an actuator and a structure including the same by moving the weight by twisting or loosening the string to adjust the overall length of the string unit.
  • actuators for generating mechanical force using energy for various purposes such as lifting heavy weights are used in various industrial fields.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, the object of the present invention is as follows.
  • the present invention includes an actuator capable of moving a heavy object by twisting or releasing the string unit to adjust the overall length of the string unit, restoring the position of the heavy body, and physically limiting the movement of the heavy body. It is to provide a structure to.
  • the present invention provides an actuator for stopping the driving unit when the length of the string unit reaches a preset value, or limiting the change in the length of the string unit or increasing the length of the string unit when the weight reaches the preset position.
  • a structure comprising.
  • the present invention is to provide an actuator and a structure including the same that can be prepared for the power applied to the measuring unit is turned off.
  • the present invention provides a link structure capable of moving a link module or a moving structure capable of moving a moving module by adjusting a length of a string unit.
  • the present invention provides a structure that can be connected to the weight in various forms.
  • the string unit including a string member that is connected to the weight on the other side;
  • a driving unit connected to one side of the string member to move the weight by twisting or releasing the string member to adjust an overall length of the string unit; It is provided on the outside of the string unit may include a movement limiting unit for limiting the movement of the weight by the difference in length with the string unit.
  • the movement limiting unit is provided to surround the string unit on the outside of the string unit, so that the end of the movement limiting unit abuts the heavy object, the movement of the heavy object can be physically limited.
  • the movement limiting unit may be provided to surround the string unit at an outer side of the string unit to guide a direction in which the length of the string unit is changed.
  • the movement limiting unit may be formed of a flexible material and may be deformable as the string unit is bent.
  • a position detecting unit provided at an end of the movement limiting unit to sense a position of the heavy load.
  • the length of the string unit may be increased by stopping the change of the length of the string unit or by allowing the rotation axis of the driving motor to be free.
  • the drive unit by measuring the load applied to the string member by the weight, and controlling the drive unit in accordance with the measured load value to further twist or loosen the string member It may further include a sensing unit for controlling the tensile force of the string member.
  • the actuator according to the present invention and a structure comprising the link module consisting of a plurality of link members hinged rotatably with each other;
  • a string unit including a string member, the other end of which is connected to the end of the link module, and a driving unit connected to one side of the string member and moving the link module by twisting or releasing the string member to adjust the overall length of the string unit.
  • It may include, and the outer side of the string unit may include an actuator having a movement limiting unit for limiting the moving range of the link module by the length difference with the string unit.
  • the actuator and the structure including the same according to the present invention has a predetermined length
  • the moving module is formed of a flexible material
  • a string unit including a string member, the other end of which is connected to an end of the moving module, and a driving unit connected to one side of the string member and moving the moving module by twisting or releasing the string member to adjust the overall length of the string unit.
  • It may include, and the outer side of the string unit may include an actuator having a movement limiting unit for limiting the moving range of the moving module by the length difference with the string unit.
  • the actuator according to the present invention includes a string unit including a string member to which a heavy object is connected to the other side; A driving unit connected to one side of the string member to move the weight by twisting or releasing the string member to adjust an overall length of the string unit; And a restoring unit provided between the heavy object and the driving unit to restore the heavy object when the string member is released. It may include.
  • the restoration unit may restore the heavy object by the elastic force.
  • the rotation of the drive unit can be immediately constrained to fix the position of the heavy object.
  • the apparatus may further include a measurement unit that tracks a change in length of the string unit.
  • the measuring unit includes an encoder interlocked with the driving unit and outputs a signal at a specific rotation angle when the driving unit rotates, and the string unit calculated by the rotation angle of the driving unit measured by the encoder. You can track the change in length.
  • the measurement unit including a potentiometer
  • the resistance value changes with the rotation of the drive unit, to track the change in the length of the string unit by the absolute value of the rotational speed or rotation angle of the drive unit measured by the potentiometer can do.
  • the measuring unit is formed of a material that can flow current while having elasticity, and includes a conductive rubber connecting the driving unit and the weight, and measures the resistance of the conductive rubber according to the length of the conductive rubber The change in the resistance value can track the change in length of the string unit.
  • the measuring unit may include a distance measuring sensor that directly measures the distance between the driving unit and the heavy object.
  • the measuring unit includes a cable having one end connected to the heavy material and moving together with the movement of the heavy material, and a potentiometer for measuring a position of the other end of the cable, the position of the other end of the cable measured by the potentiometer It can track the change in the length of the string unit.
  • the storage unit may further include a storage unit configured to store the rotation angle of the driving unit or the length of the string unit measured in the measuring unit in preparation for turning off the power applied to the measuring unit.
  • the storage unit may include a capacitor that estimates the rotation angle of the driving unit by the amount of stored power according to the rotation of the driving unit.
  • the rotation of the driving unit may be stopped.
  • the actuator according to the present invention and the structure including the same is a string unit including a string member is connected to the other side, and the other side of the string member is connected to one side of the string member twist or loosen the string member to the overall length of the string unit And a drive unit to move the weight by adjusting, wherein the weight module and the drive unit include at least one actuator module having a restoring unit to restore the weight when the string member is unwound.
  • a plurality of actuators may be connected in series or in parallel.
  • the present invention can move the heavy object by twisting or unwinding the string unit to adjust the overall length of the string unit, and can restore the position of the heavy object using the restoration unit as well as physically move the heavy object through the movement limiting unit. Can be limited.
  • the present invention stops the driving unit when the length of the string unit reaches the preset value through the measuring unit, or limits the change in the length of the string unit when the position weight reaches the preset position through the movement limiting unit.
  • the length of the string unit can be increased.
  • the present invention can be prepared for the power applied to the measuring unit to be turned off through the storage unit which stores the rotation angle of the drive unit or the length of the string unit.
  • the present invention can move the link module or the moving module by adjusting the length of the string unit.
  • the present invention can be connected to the weight in a variety of forms using a variety of actuators.
  • FIG. 1 is a view showing the initial state of the actuator according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing a reduced length of the string unit of the actuator according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a view showing a state in which the movement of the heavy object is limited by contact with the heavy object to the movement limiting unit of the actuator according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view showing a link structure according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view showing a moving structure according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view showing an initial state of the actuator according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a view showing a state in which the weight is moved due to the operation of the actuator according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram showing that an encoder is applied as a measurement unit of an actuator according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a view showing that a rotary potentiometer is applied as the measuring unit of the actuator according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a view showing that a conductive rubber is applied as a measuring unit of an actuator according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram showing that a distance measuring sensor is applied as a measuring unit of an actuator according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a view showing that a cable and a linear potentiometer are applied as the measuring unit of the actuator according to the second embodiment of the present invention.
  • 14 to 19 is a view showing an example of a dynamic structure that can be variously configured according to a second embodiment of the present invention.
  • 20 is a view showing that the tensile force of the string unit is controlled in real time by the sensing unit that can be applied to the first or second embodiment of the present invention.
  • 21 is a diagram illustrating a detailed configuration of a sensing unit that may be applied to the first or second embodiment of the present invention.
  • potentiometer 800 storage unit
  • the actuator according to the first embodiment of the present invention includes a string unit 100, a drive unit 200, and a movement limiting unit 300.
  • the string unit 100 includes double string members 102a and 102b to which the heavy material 10 is connected to the other side.
  • the repetitive string members 102a and 102b may be arranged in parallel with each other.
  • the driving unit 200 is connected to one side of the string members 102a and 102b and moves the weight 10 by twisting or releasing the string members 102a and 102b to adjust the overall length of the string unit 100.
  • the driving unit 200 may be a motor for rotating the string members 102a and 102b.
  • one side of the string members 102a and 102b is connected to the driving unit 200, and the heavy material 10 is connected to the other side of the string members 102a and 102b.
  • the driving unit 200 is driven in such a state, the string members 102a and 102b of the row are rotated together with the driving unit 200, whereby the string members 102a and 102b of the row are twisted. Therefore, the entire length of the string unit 100 is inevitably reduced, and the heavy material 10 connected to the other side of the string members 102a and 102b moves.
  • the rotation axis of the driving unit 200 becomes a free state, not a restrained state with respect to the rotation. Therefore, when the string unit 100, which is twisted by the rotation of the drive unit 200 in the state in which the drive unit 200 is stopped, is pulled in the direction of the weight object 10, the axis of rotation of the drive unit 200 freely rotates and the string unit ( 100 is loosened, thereby increasing the length of the string unit 100 so that the weight 10 may be restored.
  • the actuator of the present embodiment having the above-described method has an advantage that the output is excellent in volume compared to other conventional actuators, and can be applied to various mechanical devices.
  • the rotation axis of the drive unit 200 is in a free state, and the string members 102a and 102b are released to move the heavy material 10. You can prevent it.
  • the position of the weight 10 may be fixed by restraining the rotation of the driving unit 200 immediately after the power of the driving unit 200 is turned off.
  • the outer side of the string unit 100 is provided with a movement limiting unit 300 for limiting the movement of the weight 10 by the length difference with the string unit 100.
  • the movement limiting unit 300 is a tube which is covered on the outside of the string unit 100, has a length shorter than that of the string unit 100, and the string unit 100. It may have an outer diameter larger than the diameter of.
  • the movement limiting unit 300 is provided to surround the string unit 100 on the outside of the string unit 100, it is possible to guide the direction in which the length of the string unit 100 changes.
  • the movement limiting unit 300 may be formed of a flexible material to correspond to the bending of the string unit 100. As a result, when the weight 10 is positioned at a different height from the driving unit 200, or when the string unit 100 is not disposed in a straight line, the movement limiting unit 300 may be deformed corresponding to the string unit 100. have.
  • the movement limiting unit 300 has been described as an example of the tube, but the movement limiting unit 300 is not limited to the above description and the movement of the weight 10 by the length difference with the string unit 100. Anything that can be used can be applied.
  • the actuator of the present embodiment may further include a position sensing unit 400.
  • the position detection unit 400 may be provided at the end of the movement limiting unit 300 to serve to detect the position of the weight object 10.
  • the position sensing unit 400 of the present embodiment may be a pair of magnets, one magnet may be installed at the end of the movement limiting unit 300, and the other magnet may be installed at the weight 10. .
  • the weight 10 moves and the pair of magnets contact each other, it may be determined that the distance between the end of the movement limiting unit 300 and the weight 10 is zero.
  • the position detecting unit 400 of the present exemplary embodiment includes a light emitting unit and a light receiving unit, and may detect the position of the weight object 10 at a time when the light emitted from the light emitting unit reaches the light receiving unit.
  • the driving motor may play a preset role.
  • the preset role may be that the driving motor stops and the rotation of the driving motor is constrained so that the length change of the string unit 100 no longer occurs.
  • the preset role is to stop the drive motor, so that the axis of rotation is free, so that the length of the string unit 100 can be increased.
  • the actuator of the present embodiment may perform various roles.
  • a restoring unit (not shown) is provided between the driving unit 200 and the heavy object 10 to provide a force in a direction away from the driving unit 200.
  • the weight 10 may be restored by the elasticity of the restoration unit (not shown).
  • the link structure includes a link module 500a and an actuator.
  • the link module 500a is composed of a plurality of link members hinged to each other rotatably.
  • the actuator is connected to one side of the string unit 100 including the string members 102a and 102b of a double row, the other side of which is connected to the end of the link module 500a, and the string member (
  • the drive unit 200 moves the link module 500a by twisting or loosening the 102a and 102b to adjust the overall length of the string unit 100.
  • the outer side of the string unit 100 is provided with a movement limiting unit 300 for limiting the range in which the link module 500a moves by the length difference with the string unit 100.
  • the actuator may be applied to the actuator described in an embodiment of the present invention. Therefore, detailed description of the actuator is omitted.
  • the driving unit 200 When the driving unit 200 operates to rotate the string unit 100, the length of the string unit 100 is reduced. In addition, since one end of the string unit 100 is connected to the link module 500a, the link structure may be folded by folding as the length of the string unit 100 decreases.
  • the driving unit 200 may stop driving and stop the link module 500a from folding.
  • the rotation of the rotation shaft of the drive unit 200 is constrained, the movement of the link module 500a is stopped, and when the rotation shaft of the drive unit 200 is free, the string unit 100 is released while the link module 500a is released. This can be unfolded again.
  • the link structure as in the present embodiment may be applied to a toy including a plurality of links, such as a toy fork lane as shown in FIG. 5, a robot including a plurality of joints, and the like.
  • the moving structure includes a moving module 500b and an actuator.
  • the moving module 500b has a predetermined length and may be formed of a flexible material.
  • the actuator is connected to one side of the string unit 100 including the string members 102a and 102b of the double row, the other end of which is connected to the end of the moving module 500b, and the string member (
  • the driving unit 200 moves the moving module 500b by twisting or releasing 102a and 102b to adjust the overall length of the string unit 100.
  • the outside of the string unit 100 is provided with a movement limiting unit 300 that limits the moving range of the moving module 500b by the difference in length with the string unit 100.
  • the actuator may be applied to the actuator described in an embodiment of the present invention. Therefore, detailed description of the actuator is omitted.
  • the moving structure may be a doll.
  • the actuator is provided in the interior of the doll, the string unit 100 may be connected to the end of the doll's arm or leg.
  • the driving unit 200 operates to rotate the string unit 100, the length of the string unit 100 is reduced, thereby bending the arm or leg of the doll to the inside.
  • the driving unit 200 may stop driving to stop folding the arms or legs of the doll.
  • the rotation of the rotation axis of the drive unit 200 is restrained, the movement of the arm or leg of the doll is stopped, and when the axis of rotation of the drive unit 200 is free, the string unit 100 is released while the arm or leg of the doll is released. Can be unfolded again.
  • the moving structure as in the present embodiment may be variously applied to a doll, a toy, etc. having a flexible material as shown in FIG. 6.
  • the actuator according to the second embodiment of the present invention basically includes a string unit 100, a driving unit 200, and a restoration unit 600.
  • the string unit 100 may include a string member 102a and 102b of a double row to which the heavy material 10 is connected to the other side.
  • the string members 102a and 102b of the double row may be disposed in parallel with each other, but the string members 100 may not necessarily be disposed in parallel, and the string unit 100 may include a string member having a heat insulation not double row.
  • the string unit 100 may be variously configured as long as it is disposed between the heavy material 10 and the driving unit 200 and twisted or loosened, and thus, the scope of rights is not limited thereto. Of course, this is the same in the detailed description.
  • the driving unit 200 is connected to one side of the string member and moves the weight 10 by twisting or releasing the string member to adjust the overall length of the string unit 100.
  • the driving unit 200 may be a motor for rotating the string member.
  • one side of the string member is connected to the driving unit 200, and the heavy weight 10 is connected to the other side of the string member.
  • the driving unit 200 is driven in such a state, the string members of the double row rotate together with the driving unit 200, thereby twisting the string members of the double row. Therefore, the overall length of the string unit 100 is necessarily reduced, and the weight 10 connected to the other side of the string member is moved.
  • the rotation axis of the driving unit 200 becomes a free state, not a restrained state with respect to the rotation. Therefore, when the string unit 100, which is twisted by the rotation of the drive unit 200 in the state in which the drive unit 200 is stopped, is pulled in the direction of the weight 10, the axis of rotation of the drive unit 200 is free to rotate and the string unit ( 100 is loosened, thereby increasing the length of the string unit 100 so that the weight 10 may be restored.
  • a restoration unit 600 may be provided between the heavy object 10 and the driving unit 200.
  • the restoring unit 600 may be a spring that provides the elastic force in a direction away from the driving unit 200.
  • the force acts in the direction away from the driving unit 200 by the restoring unit 600, whereby the string unit 100 is in the direction of the heavy material 10 Will be pulled out. Accordingly, the twisted string member is released to increase the length of the string unit 100, and as the length of the string unit 100 increases, the weight 10 may be restored.
  • the restoration unit 600 may be provided to surround the string unit 100 on the outside of the string unit 100. Thereby, the direction in which the length of the string unit 100 decreases or increases can be guided.
  • the restoration unit 600 has been described as an example, but the restoration unit 600 is not limited to the spring and may be applied as long as it can restore the weight 10.
  • the actuator of the present embodiment having the above-described method has an advantage that the output is excellent in volume compared to other conventional actuators, and can be applied to various mechanical devices.
  • the rotation shaft of the driving unit 200 is in a free state and the string member is released to prevent the weight 10 from moving.
  • the position of the weight 10 may be fixed by restraining the rotation of the driving unit 200 immediately after the power of the driving unit 200 is turned off.
  • the actuator of the present invention may further include various measuring units 700 for tracking the change in length of the string unit 100.
  • the measurement unit 700 may include an encoder 710 interlocked with the driving unit 200 and output a signal at a specific rotation angle when the driving unit 200 rotates. have.
  • the rotation angle of the driving unit 200 may be calculated based on the signal output from the encoder 710, and the change in length of the string unit 100 may be tracked as the rotation angle of the driving unit 200.
  • a potentiometer 720 in which a resistance value changes according to the rotation of the driving unit 200 may be applied to the measurement unit 700 of the present embodiment.
  • the rotation angle of the driving unit 200 may be known according to the resistance value output from the potentiometer 720.
  • the length change of the string unit 100 may be tracked using the same.
  • the measuring unit 700 of the present embodiment includes a conductive rubber 732 formed of a material having elasticity and capable of flowing current, and connecting the driving unit 200 and the heavy material 10.
  • the resistance measuring device 734 for measuring the resistance of the conductive rubber 732 may be applied.
  • the resistance value increases as the cross-sectional area of the conductor decreases and the length increases. Therefore, when the length of the string unit 100 is increased, the resistance of the conductive rubber 732 increases, and when the length of the string unit 100 is shortened, the resistance of the conductive rubber 732 decreases. By measuring the resistance, a change in the length of the string unit 100 may be tracked by a change in the resistance value according to the length of the conductive rubber 732.
  • the distance measuring sensor 740 that directly measures the distance between the driving unit 200 and the weight 10 may be applied to the measurement unit 700 of the present embodiment.
  • the driving unit 200 is provided with a light emitting element for irradiating light toward the heavy object 10
  • the heavy object 10 is provided with a light receiving sensor for detecting the light emitted from the light emitting element is irradiated from the light emitting element
  • the change in length of the string unit 100 may be tracked according to the change in the time that light reaches the light receiving sensor.
  • the measuring unit 700 of the present embodiment has one end of the cable 752 and the other end of the cable 752 which are connected to the heavy material 10 and move together according to the movement of the heavy material 10.
  • Potentiometer 754 for measuring the may include.
  • the potentiometer 754 changes in resistance value according to the linear displacement. Therefore, the position of the other end of the cable 752 can be known according to the resistance value output from the potentiometer 754. In addition, the change in length of the string unit 100 may be tracked using this.
  • the storage unit 800 further stores the rotation angle of the driving unit 200 measured in the measuring unit 700 or the length of the string unit 100 in preparation for the power applied to the measuring unit 700 to be turned off. It may include.
  • the storage unit 800 may include a capacitor 810 that estimates the rotation angle of the driving unit 200 based on the amount of stored charges according to the rotation of the driving unit 200.
  • the capacitor 810 Since the capacitor 810 has its own charging function, a separate power source is not required, and thus the amount of charge stored in the capacitor 810 does not change even when the power applied to the measurement unit 700 is suddenly turned off. Therefore, even if the power applied to the measuring unit 700 is turned off, the accumulated rotation speed of the driving unit 200 can be known.
  • the rotation of the driving unit 200 may be stopped.
  • the storage unit 800 has been described as an example of the capacitor 810, but the storage unit 800 is not limited to the above description, and the driving unit (even if the power applied to the measurement unit 700 is turned off) Anything that can store the rotation angle of the 200 or the length of the string unit 100 is applicable.
  • the dynamic structure according to the second embodiment of the present invention may include a plurality of actuators, and the plurality of actuators may be connected in series.
  • the weight connected to the string unit 100a of the first actuator is the driving unit of the second actuator. 200b).
  • the heavy material connected to the string unit 100b of the second actuator may be the driving unit 200c of the third actuator, and the heavy material 10 to be finally moved to the string unit 100c of the third actuator. This can be connected.
  • the three driving units 200a, 200b, and 200c can be operated simultaneously to move the weight 10 in a short time.
  • the dynamic structure according to the second embodiment of the present invention may include a plurality of actuators, and the plurality of actuators may be connected in parallel.
  • the dynamic structure includes three actuators, and in order, the first actuator, the second actuator, and the third actuator, the string units 100a, 100b, and 100c of the first actuator, the second actuator, and the third actuator. There may be one weight 10 connected.
  • the heavy object 10 can be moved with a large force, so that a plurality of actuators can be connected in parallel to move the heavy object 10. .
  • the dynamic structure according to the second embodiment of the present invention includes one actuator, and the driving unit 200 and the weight 10 may be disposed to have a height difference.
  • the dynamic structure according to the second embodiment of the present invention includes one actuator, and the drive unit 200 and the weight 10 between the drive unit 200 and the weight 10. If the other structure having a height difference and the) is formed, the driving unit 200 and the weight 10 may be connected in a state where the string unit 100 is refracted.
  • the string unit 100 is composed of a flexible string member such as a wire having a narrow thread or cross-sectional area.
  • the dynamic structure according to the second embodiment of the present invention may include a pair of actuators.
  • the driving units 200a and 200b may be connected to both sides of one heavy object 10.
  • the driving units connected to both sides of the heavy object 10 are called the first driving unit 200a and the second driving unit 200b, respectively, when the first driving unit 200a is operated, the second driving unit 200b The operation stops and the heavy material 10 moves to the first driving unit 200a, and when the second driving unit 200b is operated, the first driving unit 200a stops operating so that the heavy material 10 is moved to the second driving unit.
  • the heavy object 10 may move to the side 200b to reciprocate between the first drive unit 200a and the second drive unit 200b.
  • the dynamic structure according to the second embodiment of the present invention may include one actuator.
  • the string units 100a and 100b may be connected to both sides of one driving unit 200, and the weight units 10a and 10b may be connected to the string units 100a and 100b, respectively.
  • the dynamic structure may include various numbers of actuators, and may be connected to the weight 10 in various forms.
  • first and second embodiments of the present invention may further include a sensing unit 900 as a configuration capable of controlling the tensile force of the string unit 100.
  • the sensing unit 900 is a configuration for measuring the uniaxial tensile force applied to the string unit 100 by the weight 10, and in real time to control the force required to move the weight 10 in accordance with the measured value .
  • the sensing unit 900 measures the load (tensile force) applied to the string members 102a and 102b by the weight 10, and weighs the weight 10 according to the measured load value. If it is necessary to move the power unit with a larger force or with a smaller force, the control unit 200 is controlled by sending a control signal to the drive unit 200, thereby further twisting the string members 102a and 102b. Can be controlled in real time to move the weight 10 as a result.
  • the sensing unit 900 may set the force acting on the heavy object 10 by the string unit 100 to have a constant value.
  • the sensing unit 900 measures the load (tensile force) applied to the string members 102a and 102b by the weight 10 and when the measured load value is larger or smaller than the set value, the driving unit 200. By transmitting a control signal to the control unit 200 to control the drive unit 200, the string members 102a and 102b can be further twisted or loosened, and as a result, the force for moving the weight 10 can be controlled to have a constant value.
  • the tensile force applied to the string members 102a and 102b is measured. If the measured value is 50N, the drive unit 200 is controlled to release the string members 102a and 102b. The force acting on the weight 10 can be controlled to maintain 30N.
  • the force applied to the weight 10 can be kept constant by controlling the tensile force of the string members (102a, 102b).
  • the sensing unit 900 may be disposed between one side of the string members 102a and 102b and the driving unit 200 as shown in FIG. 21, and the load cell 910, the disk 920, Thrust bearing 930 may be included.
  • the load cell 910 is a component for measuring the load applied to the string members 102a and 102b, that is, the string unit 100, and is coupled to the other side of the thrust bearing 930 connected to one side of the string unit 100 ( It is arranged to be spaced apart from the 920, it is possible to measure the load on the string unit 100 through contact with the moving disk 920 due to the load (tensile force) applied to the string unit 100 by the weight (10). .
  • the thrust bearing 930 is connected to the drive unit 200 by a flexible shaft 220 connected to the rotating shaft 210 of the drive unit 200, the disk 920 is directed toward the load cell 910 It may be coupled to the other side of the thrust bearing 930 to.
  • the sensing unit 900 may be further included as a configuration capable of controlling the tensile force of the string unit 100, and the heavy material may be transferred through the sensing unit 900.
  • the load applied to the string members 102a and 102b is measured by (10), and the drive unit 200 is controlled according to the measured load value to further twist or loosen the string members 102a and 102b to the string unit.
  • the tensile force of 100 can be controlled.

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Abstract

본 발명은 스트링을 꼬거나 풀어 스트링 유닛의 전체적인 길이를 조절함으로써 중량물을 이동시키는 액추에이터 및 이를 포함하는 구조물에 관한 것으로서, 타측에 중량물이 연결되는 스트링 부재를 포함하는 스트링 유닛과, 상기 스트링 부재의 일측에 연결되어 상기 스트링 부재를 꼬거나 풀어 상기 스트링 유닛의 전체적인 길이를 조절함으로써 상기 중량물을 이동시키는 구동 유닛과, 상기 스트링 유닛의 외측에 구비되어 상기 스트링 유닛과의 길이 차에 의해 상기 중량물의 이동을 제한하는 이동 제한 유닛 또는 상기 줄량물과 상기 구동 유닛 사이에 구비되어 상기 스트링 부재가 풀어지는 경우 상기 중량물을 복원시키는 복원 유닛을 포함하는 액추에이터 및 이를 포함하는 구조물이 개시된다.

Description

액추에이터 및 이를 포함하는 구조물
본 발명은 액추에이터 및 이를 포함하는 구조물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스트링을 꼬거나 풀어 스트링 유닛의 전체적인 길이를 조절함으로써 중량물을 이동시키는 액추에이터 및 이를 포함하는 구조물에 관한 것이다.
일반적으로 다양한 산업 분야에서 중량물의 인양 등 다양한 목적을 위해 에너지를 사용하여 기계적인 힘을 발생시키는 액추에이터가 사용되고 있다.
다만, 종래 일반적으로 사용되는 액추에이터의 경우 발생되는 힘에 비해 그 부피가 큰 편이며, 기계적으로 복잡하여 비용이 고가라는 단점이 존재했다.
뿐만 아니라, 유지 보수에 어려움이 따르는 것은 물론 고장이 자주 발생한다는 추가적인 단점이 존재했다.
한편, 위와 같은 단점을 해결하기 위해 액추에이터를 소형화할 경우 충분한 힘을 발생시키기가 어려워 소형 기계제품 등 한정된 용도로만 사용될 수 밖에 없는 등 설계에 따른 적용범위의 한계가 분명했다.
따라서 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 방법이 요구된다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다음과 같다.
첫째, 본 발명은 스트링 유닛을 꼬거나 풀어 스트링 유닛의 전체적인 길이를 조절하여 중량물을 이동시킬 수 있으며, 중량물의 위치를 복원할 수 있을 뿐만 아니라 물리적으로 중량물의 이동을 제한할 수 있는 액추에이터 및 이를 포함하는 구조물을 제공함에 있다.
둘째, 본 발명은 스트링 유닛의 길이가 미리 설정된 값에 도달하면 구동 유닛을 정지시키거나, 또는 중량물이 미리 설정된 위치에 도달하면 스트링 유닛의 길이 변화를 제한하거나 스트링 유닛의 길이를 증가시키는 액추에이터 및 이를 포함하는 구조물을 제공함에 있다.
셋째, 본 발명은 측정 유닛에 인가된 전원이 꺼지는 것을 대비할 수 있는 액추에이터 및 이를 포함하는 구조물을 제공함에 있다.
넷째, 본 발명은 스트링 유닛의 길이를 조절함으로써 링크 모듈을 움직일 수 있는 링크 구조물 또는 무빙 모듈을 움직일 수 있는 무빙 구조물을 제공함에 있다.
다섯째, 본 발명은 다양한 형태로 중량물과 연결될 수 있는 구조물을 제공함에 있다.
한편, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전술한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 액추에이터는, 타측에 중량물이 연결되는 스트링 부재를 포함하는 스트링 유닛; 상기 스트링 부재의 일측에 연결되어 상기 스트링 부재를 꼬거나 풀어 상기 스트링 유닛의 전체적인 길이를 조절함으로써 상기 중량물을 이동시키는 구동 유닛; 상기 스트링 유닛의 외측에 구비되어 상기 스트링 유닛과의 길이 차에 의해 상기 중량물의 이동을 제한하는 이동 제한 유닛을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 이동 제한 유닛은 상기 스트링 유닛의 외측에서 상기 스트링 유닛을 감싸도록 구비되어, 상기 이동 제한 유닛의 단부와 상기 중량물이 맞닿음으로써 상기 중량물의 이동이 물리적으로 제한될 수 있다.
또한, 상기 이동 제한 유닛은, 상기 스트링 유닛의 외측에서 상기 스트링 유닛을 감싸도록 구비되어, 상기 스트링 유닛의 길이가 변화하는 방향을 안내할 수 있다.
또한, 상기 이동 제한 유닛은 유연한 재질로 형성되어 상기 스트링 유닛의 휘어짐에 따라 변형 가능할 수 있다.
그리고, 상기 이동 제한 유닛의 단부에 구비되어 상기 중량물의 위치를 감지하는 위치 감지 유닛을 포함하며, 상기 이동 제한 유닛의 끝단과 상기 중량물 사이의 거리가 0이 되면 상기 구동모터의 회전을 구속하여 상기 스트링 유닛의 길이 변화를 정지시키거나, 상기 구동모터의 회전축을 자유 상태가 되도록 하여 상기 스트링 유닛의 길이가 증가되도록 할 수 있다.
아울러, 상기 스트링 부재의 일측과 상기 구동 유닛 사이에 배치되어, 상기 중량물에 의해 상기 스트링 부재에 걸리는 하중을 측정하고, 측정된 하중 값에 따라 상기 구동 유닛을 제어하여 상기 스트링 부재를 추가적으로 꼬거나 풀어 상기 스트링 부재의 인장력을 제어하는 센싱 유닛을 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 액추에이터 및 이를 포함하는 구조물은 서로 회전 가능하게 힌지결합되는 복수의 링크부재로 구성되는 링크 모듈; 타측이 상기 링크 모듈의 말단과 연결되는 스트링 부재를 포함하는 스트링 유닛과, 상기 스트링 부재의 일측에 연결되며 상기 스트링 부재를 꼬거나 풀어 상기 스트링 유닛의 전체적인 길이를 조절함으로써 상기 링크 모듈을 움직이는 구동 유닛을 포함하며, 상기 스트링 유닛의 외측에는 상기 스트링 유닛과의 길이 차에 의해 상기 링크 모듈이 움직이는 범위를 제한하는 이동 제한 유닛이 구비되는 액추에이터를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 액추에이터 및 이를 포함하는 구조물은 소정의 길이를 가지며, 플렉서블한 재질로 형성되는 무빙 모듈; 타측이 상기 무빙 모듈의 말단과 연결되는 스트링 부재를 포함하는 스트링 유닛과, 상기 스트링 부재의 일측에 연결되며 상기 스트링 부재를 꼬거나 풀어 상기 스트링 유닛의 전체적인 길이를 조절함으로써 상기 무빙 모듈을 움직이는 구동 유닛을 포함하며, 상기 스트링 유닛의 외측에는 상기 스트링 유닛과의 길이 차에 의해 상기 무빙 모듈이 움직이는 범위를 제한하는 이동 제한 유닛이 구비되는 액추에이터를 포함할 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 액추에이터는 타측에 중량물이 연결되는 스트링 부재를 포함하는 스트링 유닛; 상기 스트링 부재의 일측에 연결되며, 상기 스트링 부재를 꼬거나 풀어 상기 스트링 유닛의 전체적인 길이를 조절함으로써 상기 중량물을 이동시키는 구동 유닛; 및 상기 중량물과 상기 구동 유닛 사이에 구비되어 상기 스트링 부재가 풀어지는 경우 상기 중량물을 복원시키는 복원 유닛; 을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 복원 유닛은, 탄성력에 의해 상기 중량물을 복원시킬 수 있다.
또한, 상기 구동 유닛에 인가된 전원이 꺼지는 경우, 상기 중량물의 위치를 고정하기 위하여 상기 구동 유닛의 회전을 즉시 구속할 수 있다.
그리고, 상기 스트링 유닛의 길이 변화를 추적하는 측정 유닛을 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 측정 유닛은, 상기 구동 유닛과 연동되어 상기 구동 유닛의 회전 시 특정 회전각도마다 신호를 출력하는 엔코더를 포함하여, 상기 엔코더에서 측정된 상기 구동 유닛의 회전 각도에 의해 연산된 상기 스트링 유닛의 길이 변화를 추적할 수 있다.
한편, 상기 측정 유닛은, 상기 구동 유닛의 회전에 따라 저항값이 변화하는 포텐셔미터를 포함하여, 상기 포텐셔미터에서 측정된 상기 구동 유닛의 회전수 또는 회전 각도의 절대값으로 상기 스트링 유닛의 길이 변화를 추적할 수 있다.
아울러, 상기 측정 유닛은, 탄성을 가지면서 전류가 흐를 수 있는 재질로 형성되며 상기 구동 유닛과 상기중량물을 연결하는 도전성 고무를 포함하여, 상기 도전성 고무의 저항을 측정하여 상기 도전성 고무의 길이에 따른 저항값의 변화로 상기 스트링 유닛의 길이 변화를 추적할 수 있다.
나아가, 상기 측정 유닛은, 상기 구동 유닛과 상기 중량물 사이의 거리를 직접적으로 측정하는 거리 측정 센서를 포함할 수 있다.
또한, 상기 측정 유닛은, 일단이 상기 중량물과 연결되어 상기 중량물의 이동에 따라 함께 이동하는 케이블 및 상기 케이블의 타단의 위치를 측정하는 포텐셔미터를 포함하여, 상기 포텐셔미터에서 측정된 상기 케이블의 타단의 위치로서 상기 스트링 유닛의 길이 변화를 추적할 수 있다.
그리고, 상기 측정 유닛에 인가된 전원이 꺼지는 것을 대비하여, 상기 측정 유닛에서 측정된 상기 구동 유닛의 회전 각도 또는 상기 스트링 유닛의 길이를 저장하는 저장 유닛을 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 저장 유닛은, 상기 구동 유닛의 회전에 따라 저장된 전력의 양으로 상기 구동 유닛의 회전 각도를 추정하는 캐퍼시터를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 측정 유닛에서 측정된 상기 스트링 유닛의 길이가 기 설정된 값에 도달하면 상기 구동 유닛의 회전이 정지될 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 스트링 부재의 일측과 상기 구동 유닛 사이에 배치되어, 상기 중량물에 의해 상기 스트링 부재에 걸리는 하중을 측정하고, 측정된 하중 값에 따라 상기 구동 유닛을 제어하여 상기 스트링 부재를 추가적으로 꼬거나 풀어 상기 스트링 부재의 인장력을 제어하는 센싱 유닛을 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 액추에이터 및 이를 포함하는 구조물은 타측에 중량물이 연결되는 스트링 부재를 포함하는 스트링 유닛과, 상기 스트링 부재의 일측에 연결되며 상기 스트링 부재를 꼬거나 풀어 상기 스트링 유닛의 전체적인 길이를 조절함으로써 상기 중량물을 이동시키는 구동 유닛을 포함하며, 상기 중량물과 상기 구동 유닛 사이에는 상기 스트링 부재가 풀어지는 경우 상기 중량물을 복원시키는 복원 유닛이 구비되는 하나 이상의 액추에이터 모듈을 포함하며, 상기 액추에이터 모듈이 복수 개 구비되는 경우, 복수의 상기 액추에이터 모듈이 직렬 또는 병렬로 복수 개 연결될 수 있다.
전술한 구성을 가지는 본 발명의 액추에이터 및 이를 포함하는 구조물에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명은 스트링 유닛을 꼬거나 풀어 스트링 유닛의 전체적인 길이를 조절하여 중량물을 이동시킬 수 있으며, 복원 유닛을 이용해 중량물의 위치를 복원할 수 있을 뿐만 아니라 이동 제한 유닛을 통해 물리적으로 중량물의 이동을 제한할 수 있다.
둘째, 본 발명은 측정 유닛을 통해 스트링 유닛의 길이가 미리 설정된 값에 도달하면 구동 유닛을 정지시키거나, 또는 이동 제한 유닛을 통해 위치중량물이 미리 설정된 위치에 도달하면 스트링 유닛의 길이 변화를 제한하거나 스트링 유닛의 길이를 증가시킬 수 있다.
셋째, 본 발명은 구동 유닛의 회전 각도 또는 스트링 유닛의 길이를 저장하는 저장유닛을 통해 측정 유닛에 인가된 전원이 꺼지는 것을 대비할 수 있다.
넷째, 본 발명은 스트링 유닛의 길이를 조절함으로써 링크 모듈 또는 무빙 모듈을 움직일 수 있다.
다섯째, 본 발명은 다양한 개수의 액추에이터를 이용해 다양한 형태로 중량물과 연결될 수 있다.
한편, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액추에이터의 초기 상태를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액추에이터의 스트링 유닛의 길이가 감소한 모습을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액추에이터의 이동 제한 유닛에 중량물이 맞닿아 중량물의 이동이 제한되는 모습을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액추에이터의 이동 제한 유닛이 휘어진 모습을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 링크 구조물을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 무빙 구조물을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액추에이터의 초기 상태를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액추에이터의 작동으로 인해 중량물이 이동한 모습을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액추에이터의 측정 유닛으로서 엔코더가 적용되는 것을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액추에이터의 측정 유닛으로서 회전형 포텐셔미터가 적용되는 것을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액추에이터의 측정 유닛으로서 도전성 고무가 적용되는 것을 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액추에이터의 측정 유닛으로서 거리 측정 센서가 적용되는 것을 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액추에이터의 측정 유닛으로서 케이블과 직선형 포텐셔미터가 적용되는 것을 도시한 도면이다.
도 14 내지 도 19는 본 발명의 제2 실시예에 따라 다양하게 구성될 수 있는 동적 구조물의 일례를 나타낸 도면이다.
도 20은 본 발명의 제1 실시예 또는 제2 실시예에 적용될 수 있는 센싱 유닛에 의해 스트링 유닛의 인장력이 실시간으로 제어되는 것을 나타낸 도면이다.
도 21은 본 발명의 제1 실시예 또는 제2 실시예에 적용될 수 있는 센싱 유닛의 세부 구성을 나타낸 도면이다.
*부호의 설명
10: 중량물 100: 스트링 유닛
102: 스트링 부재 200: 구동 유닛
300: 이동 제한 유닛 400: 위치 감지 유닛
500a: 링크 모듈 500b: 무빙 모듈
600: 복원 유닛 700: 측정유닛
710: 엔코더 720: 포텐셔미터
732: 도전성 고무 734: 저항 측정 장치
740: 거리 측정 센서 752: 케이블
754: 포텐셔미터 800: 저장 유닛
810: 캐퍼시터
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 제1 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서 동일한 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
또한 본 실시예를 설명함에 있어서 도면에 도시된 구성은 상세한 설명에 대한 이해를 돕기 위한 예시일 뿐, 이로 인해 권리범위가 제한되지 않음을 명시한다.
먼저, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1 실시예에 따른 액추에이터는 스트링 유닛(100), 구동 유닛(200) 및 이동 제한 유닛(300)을 포함한다.
스트링 유닛(100)은 타측에 중량물(10)이 연결되는 복열의 스트링 부재(102a, 102b)를 포함한다. 복열의 스트링 부재(102a, 102b)는 서로 평행하게 배치될 수 있다.
이때, 스트링 부재(102a, 102b)는 반드시 복열일 필요는 없으며, 이로 인해 권리범위가 제한되지 않음은 당연하며, 이하 모든 발명의 상세한 설명에서도 이와 같음은 물론이다.
구동 유닛(200)은 스트링 부재(102a, 102b)의 일측에 연결되며, 스트링 부재(102a, 102b)를 꼬거나 풀어 스트링 유닛(100)의 전체적인 길이를 조절함으로써 중량물(10)을 이동시킨다. 여기서, 구동 유닛(200)은 스트링 부재(102a, 102b)를 회전시키는 모터일 수 있다.
즉, 스트링 부재(102a, 102b)의 일 측은 구동 유닛(200)과 연결되고, 스트링 부재(102a, 102b)의 타측에는 중량물(10)이 연결된다. 이와 같은 상태에서 구동 유닛(200)을 구동시키면 복열의 스트링 부재(102a, 102b)는 구동 유닛(200)과 함께 회전하며, 이에 따라 복열의 스트링 부재(102a, 102b)가 꼬이게 된다. 따라서 필연적으로 스트링 유닛(100)의 전체 길이가 감소하며, 스트링 부재(102a, 102b)의 타측에 연결된 중량물(10)이 이동한다.
그리고, 구동 유닛(200)의 구동이 정지되면 구동 유닛(200)의 회전축은 회전에 대하여 구속 상태가 아닌 자유 상태가 된다. 따라서, 구동 유닛(200)이 정지된 상태에서 구동 유닛(200)의 회전에 의해 꼬여있던 스트링 유닛(100)을 중량물(10) 방향으로 당기면 구동 유닛(200)의 회전축이 자유 회전하여 스트링 유닛(100)이 풀리고, 이로써 스트링 유닛(100)의 길이가 증가하여 중량물(10)이 복원될 수 있다.
그리고, 이와 같은 방식을 가지는 본 실시예의 액추에이터는 종래 타 액추에이터에 비해 부피 대비 출력이 우수하며, 다양한 기계장치에 적용이 가능하다는 장점을 가진다.
또한, 도면 및 이하 설명에서는 본 실시예의 액추에이터를 이용해 중량물(10)을 이동시키는 것을 예시하였으나, 본 실시예의 액추에이터가 중량물(10)의 이동에만 적용되는 것이 아님은 당연한 것이다.
그리고, 본 실시예에서는 예상치 못하게 구동 유닛(200)에 인가된 전원이 꺼지는 경우, 구동 유닛(200)의 회전축이 자유 상태가 되어 스트링 부재(102a, 102b)가 풀려 중량물(10)이 이동하는 것을 방지할 수 있다.
만약, 구동 유닛(200)의 회전이 구속되지 않는다면 구동 유닛(200)의 전원이 갑작스럽게 꺼지는 경우 스트링 부재(102a, 102b)가 풀려 중량물(10)이 구동 유닛(200)과 멀어지는 방향으로 이동하게 되고, 전원을 다시 켠다 하더라도 전원이 꺼지기 전의 중량물(10)의 위치를 알지 못하기 때문에 중량물(10)의 위치를 정확히 제어하기 어렵다.
그러나, 본 실시예에서는 구동 유닛(200)의 전원이 꺼지는 즉시 구동 유닛(200)의 회전을 구속함으로써 중량물(10)의 위치를 고정시킬 수 있다.
한편, 스트링 유닛(100)의 외측에는 스트링 유닛(100)과의 길이 차에 의해 중량물(10)의 이동을 제한하는 이동 제한 유닛(300)이 구비된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 이동 제한 유닛(300)은 스트링 유닛(100)의 외측에 씌워지는 튜브로서, 스트링 유닛(100)의 길이보다는 짧은 길이를 가지며, 스트링 유닛(100)의 직경보다는 큰 외경을 가질 수 있다.
따라서, 스트링 유닛(100)의 길이가 감소하여 중량물(10)이 구동 유닛(200) 측으로 이동하다가, 이동 제한 유닛(300)의 단부와 중량물(10)이 맞닿으면 중량물(10)이 이동 제한 유닛(300)에 의해 지지됨으로써 중량물(10)의 이동이 물리적으로 제한될 수 있다.
그리고, 이동 제한 유닛(300)이 스트링 유닛(100)의 외측에서 스트링 유닛(100)을 감싸도록 구비됨으로써, 스트링 유닛(100)의 길이가 변화하는 방향을 안내할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 이동 제한 유닛(300)은 유연한 재질로 형성되어 스트링 유닛(100)의 휘어짐에 대응할 수 있다. 이로써, 중량물(10)이 구동 유닛(200)과 상이한 높이에 위치하거나, 스트링 유닛(100)이 일직선이 아니게 배치되는 경우, 이동 제한 유닛(300)이 스트링 유닛(100)에 대응하여 변형될 수 있다.
본 실시예에서는 이동 제한 유닛(300)이 튜브인 것을 예로 들어 설명하였으나, 이동 제한 유닛(300)은 상술하는 것에 한정되는 것이 아니며 스트링 유닛(100)과의 길이 차에 의해 중량물(10)의 이동을 제한할 수 있는 것이라면 어떤 것이든 적용될 수 있다.
그리고, 본 실시예의 액추에이터는 위치 감지 유닛(400)를 더 포함할 수 있다. 위치 감지 유닛(400)는 이동 제한 유닛(300)의 단부에 구비되어 중량물(10)의 위치를 감지하는 역할을 할 수 있다.
예를 들면, 본 실시예의 위치 감지 유닛(400)는 한 쌍의 마그넷으로서, 하나의 마그넷은 이동 제한 유닛(300)의 단부에 설치되고, 나머지 하나의 마그넷은 중량물(10)에 설치될 수 있다. 그리고, 중량물(10)이 이동하여 한 쌍의 마그넷이 서로 맞닿으면 이동 제한 유닛(300)의 단부와 중량물(10) 사이의 거리가 0인 것으로 판단할 수 있다.
또는, 본 실시예의 위치 감지 유닛(400)는 발광부와 수광부를 포함하는 것으로서, 발광부에서 조사된 빛이 수광부에 도달하는 시간으로 중량물(10)의 위치를 감지할 수 있다.
이와 같이, 위치 감지 유닛(400)에서 감지된 이동 제한 유닛(300)의 단부와 중량물(10) 사이의 거리가 0이 되면 구동모터는 기 설정된 역할을 수행할 수 있다.
여기서, 기 설정된 역할이란 구동모터가 정지함과 동시에 구동모터의 회전이 구속되어 스트링 유닛(100)의 길이 변화가 더 이상 일어나지 않게 하는 것이 될 수 있다.
또는, 기 설정된 역할은 구동모터가 정지하되, 회전축이 자유 상태가 되어 스트링 유닛(100)의 길이가 증가할 수 있는 상태가 되도록 하는 것이다.
다시 말하면, 스트링 유닛(100)의 길이가 이동 제한 유닛(300)의 길이와 같아지면 중량물(10)은 이동을 멈추거나, 다시 구동 유닛(200)과 멀어지는 방향으로 복원될 수 있다. 이로써, 본 실시예의 액추에이터는 다양한 역할을 수행할 수 있다.
그리고, 도면에 도시되지는 않았지만, 구동 유닛(200)과 중량물(10) 사이에는 중량물(10)이 구동 유닛(200)과 멀어지는 방향으로 힘을 제공하는 복원 유닛(미도시)이 구비되어, 구동 유닛(200)의 회전축이 자유 상태가 되었을 경우 복원 유닛(미도시)의 탄성에 의해 중량물(10)이 복원될 수 있다.
이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 링크 구조물에 대하여 설명한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 링크 구조물은 링크 모듈(500a) 및 액추에이터를 포함한다.
링크 모듈(500a)은 서로 회전 가능하게 힌지결합되는 복수의 링크부재로 구성된다.
그리고, 액추에이터는 타측이 링크 모듈(500a)의 끝단과 연결되는 복열의 스트링 부재(102a, 102b)를 포함하는 스트링 유닛(100)과, 스트링 부재(102a, 102b)의 일측에 연결되며 스트링 부재(102a, 102b)를 꼬거나 풀어 스트링 유닛(100)의 전체적인 길이를 조절함으로써 링크 모듈(500a)을 움직이는 구동 유닛(200)을 포함한다.
그리고, 스트링 유닛(100)의 외측에는 스트링 유닛(100)과의 길이 차에 의해 링크 모듈(500a)이 움직이는 범위를 제한하는 이동 제한 유닛(300)이 구비된다.
여기서, 액추에이터는 본 발명의 일 실시예에서 설명한 액추에이터가 적용될 수 있다. 따라서, 액추에이터에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이하, 본 실시예의 링크 구조물의 작동에 대하여 설명한다.
구동 유닛(200)이 작동하여 스트링 유닛(100)을 회전시키면 스트링 유닛(100)의 길이가 줄어들게 된다. 그리고, 스트링 유닛(100)의 일단이 링크 모듈(500a)과 연결되어 있기 때문에 스트링 유닛(100)의 길이 감소에 따라 링크가 회전하여 링크 구조물이 접힐 수 있다.
그리고, 도면에 도시되지는 않았지만, 스트링 유닛(100)의 길이가 기 설정된 값에 도달하면 구동 유닛(200)은 구동을 멈추어 링크 모듈(500a)이 접히는 것을 멈출 수 있다. 여기서, 구동 유닛(200)의 회전축의 회전이 구속되면 링크 모듈(500a)의 움직임이 멈추게 되고, 구동 유닛(200)의 회전축이 자유 상태가 되면 스트링 유닛(100)이 풀어지면서 링크 모듈(500a)이 다시 펼쳐질 수 있다.
본 실시예와 같은 링크 구조물은 도 5와 같은 장난감 포크레인 등의 다수의 링크를 포함하는 장난감, 복수의 관절을 포함하는 로봇 등에 적용될 수 있다.
이하, 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 무빙 구조물에 대하여 설명한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 무빙 구조물은 무빙 모듈(500b) 및 액추에이터를 포함한다.
(무빙 모듈(500b)은 소정의 길이를 가지며, 플렉서블한 재질로 형성될 수 있다)
그리고, 액추에이터는 타측이 무빙 모듈(500b)의 끝단과 연결되는 복열의 스트링 부재(102a, 102b)를 포함하는 스트링 유닛(100)과, 스트링 부재(102a, 102b)의 일측에 연결되며 스트링 부재(102a, 102b)를 꼬거나 풀어 스트링 유닛(100)의 전체적인 길이를 조절함으로써 무빙 모듈(500b)을 움직이는 구동 유닛(200)을 포함한다.
그리고, 스트링 유닛(100)의 외측에는 스트링 유닛(100)과의 길이 차에 의해 무빙 모듈(500b)이 움직이는 범위를 제한하는 이동 제한 유닛(300)이 구비된다.
여기서, 액추에이터는 본 발명의 일 실시예에서 설명한 액추에이터가 적용될 수 있다. 따라서, 액추에이터에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이하, 본 실시예의 무빙 구조물의 작동에 대하여 설명한다.
본 실시예에서, 무빙 구조물은 인형일 수 있다. 그리고, 액추에이터는 인형의 내부에 구비되며, 스트링 유닛(100)은 인형 팔 또는 다리의 말단과 연결될 수 있다.
따라서, 구동 유닛(200)이 작동하여 스트링 유닛(100)을 회전시키면 스트링 유닛(100)의 길이가 줄어들게 되고, 이에 따라 인형의 팔 또는 다리가 내측으로 굽게 된다.
그리고, 도면을 통해 도시되지는 않았지만, 스트링 유닛(100)의 길이가 기 설정된 값에 도달하면 구동 유닛(200)은 구동을 멈추어 인형의 팔 또는 다리가 접히는 것을 멈출 수 있다. 여기서, 구동 유닛(200)의 회전축의 회전이 구속되면 인형의 팔 또는 다리의 움직임이 멈추게 되고, 구동 유닛(200)의 회전축이 자유 상태가 되면 스트링 유닛(100)이 풀어지면서 인형의 팔 또는 다리가 다시 펼쳐질 수 있다.
본 실시예와 같은 무빙 구조물은 도 6과 같은 유연한 재질을 가지는 인형, 장난감 등에 다양하게 적용될 수 있다.
다음으로, 도 7 내지 도 13을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 액추에이터에 대하여 설명한다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에에 따른 액추에이터는 기본적으로 스트링 유닛(100), 구동 유닛(200) 및 복원 유닛(600)을 포함한다.
스트링 유닛(100)은 타측에 중량물(10)이 연결되는 복열의 스트링 부재(102a, 102b)를 포함할 수 있다. 이때, 복열의 스트링 부재(102a, 102b)는 서로 평행하게 배치될 수 있는데, 반드시 평행하게 배치될 필요가 없음은 물론, 스트링 유닛(100)이 복열이 아닌 단열의 스트링 부재를 포함하여도 무방하다. 즉, 스트링 유닛(100)은 중량물(10)과 구동유닛(200) 사이에 배치되어 꼬이거나 풀어지기만 하면 다양하게 구성될 수 있고, 이로 인해 권리범위가 제한되지 않음은 당연하며, 이하 모든 발명의 상세한 설명에서도 이와 같음은 물론이다.
구동 유닛(200)은 스트링 부재의 일측에 연결되며, 스트링 부재를 꼬거나 풀어 스트링 유닛(100)의 전체적인 길이를 조절함으로써 중량물(10)을 이동시킨다. 여기서, 구동 유닛(200)은 스트링 부재를 회전시키는 모터일 수 있다.
즉, 스트링 부재의 일 측은 구동 유닛(200)과 연결되고, 스트링 부재의 타측에는 중량물(10)이 연결된다. 이와 같은 상태에서 구동 유닛(200)을 구동시키면 복열의 스트링 부재는 구동 유닛(200)과 함께 회전하며, 이에 따라 복열의 스트링 부재가 꼬이게 된다. 따라서 필연적으로 스트링 유닛(100)의 전체 길이가 감소하며, 스트링 부재의 타측에 연결된 중량물(10)이 이동한다.
그리고, 구동 유닛(200)의 구동이 정지되면 구동 유닛(200)의 회전축은 회전에 대하여 구속 상태가 아닌 자유 상태가 된다. 따라서, 구동 유닛(200)이 정지된 상태에서 구동 유닛(200)의 회전에 의해 꼬여있던 스트링 유닛(100)을 중량물(10) 방향으로 당기면 구동 유닛(200)의 회전축이 자유회전하여 스트링 유닛(100)이 풀리고, 이로써 스트링 유닛(100)의 길이가 증가하여 중량물(10)이 복원될 수 있다.
중량물(10)의 복원을 원활히 하기 위하여 중량물(10)과 구동 유닛(200) 사이에는 복원 유닛(600)이 구비될 수 있다. 본 실시예에서 복원 유닛(600)은 중량물(10)이 구동 유닛(200)과 멀어지는 방향으로 탄성력을 제공하는 스프링일 수 있다.
따라서, 구동 유닛(200)의 회전이 정지되면 복원 유닛(600)에 의해 중량물(10)이 구동 유닛(200)과 멀어지는 방향으로 힘이 작용하고, 이로써 스트링 유닛(100)은 중량물(10) 방향으로 당겨지게 된다. 이에 따라 꼬여있던 스트링 부재가 풀려 스트링 유닛(100)의 길이가 증가하고, 스트링 유닛(100)의 길이가 증가한 만큼 중량물(10)이 복원될 수 있다.
여기서, 복원 유닛(600)은 스트링 유닛(100)의 외측에서 스트링 유닛(100)을 감싸도록 구비될 수 있다. 이로써, 스트링 유닛(100)의 길이가 감소하거나 증가하는 방향을 가이드할 수 있다.
본 실시예의 도면 및 설명에서는 복원 유닛(600)이 스프링인 것을 예로 들었으나, 복원 유닛(600)은 스프링에 한정되는 것이 아니며 중량물(10)을 복원시킬 수 있는 것이라면 어떤 것이든 적용될 수 있다.
그리고, 이와 같은 방식을 가지는 본 실시예의 액추에이터는 종래 타 액추에이터에 비해 부피 대비 출력이 우수하며, 다양한 기계장치에 적용이 가능하다는 장점을 가진다.
또한, 도면 및 이하 설명에서는 본 실시예의 액추에이터를 이용해 중량물(10)을 이동시키는 것을 예시하였으나, 본 실시예의 액추에이터가 중량물(10)의 이동에만 적용되는 것이 아님은 당연한 것이다.
그리고, 본 실시예에서는 예상치 못하게 구동 유닛(200)에 인가된 전원이 꺼지는 경우, 구동 유닛(200)의 회전축이 자유 상태가 되어 스트링 부재가 풀려 중량물(10)이 이동하는 것을 방지할 수 있다.
만약, 구동 유닛(200)의 회전이 구속되지 않는다면 구동 유닛(200)의 전원이 갑작스럽게 꺼지는 경우 스트링 부재가 풀려 중량물(10)이 구동 유닛(200)과 멀어지는 방향으로 이동하게 되고, 전원을 다시 켠다 하더라도 전원이 꺼지기 전의 중량물(10)의 위치를 알지 못하기 때문에 중량물(10)의 위치를 정확히 제어하기 어렵다.
그러나, 본 실시예에서는 구동 유닛(200)의 전원이 꺼지는 즉시 구동 유닛(200)의 회전을 구속함으로써 중량물(10)의 위치를 고정시킬 수 있다.
한편, 본 출원발명의 액추에이터는 스트링 유닛(100)의 길이 변화를 추적하는 다양한 측정 유닛(700)을 더 포함할 수 있다.
이하, 도 9 내지 도 13을 참조하여 본 실시예의 다양한 측정 유닛(700)에 대하여 설명한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 측정 유닛(700)은 구동 유닛(200)과 연동되어 구동 유닛(200)의 회전 시 특정 회전각도마다 신호를 출력하는 엔코더(710)를 포함할 수 있다.
그리고, 엔코더(710)에서 출력된 신호를 바탕으로 구동 유닛(200)의 회전 각도를 연산하고, 구동 유닛(200)의 회전 각도로서 스트링 유닛(100)의 길이 변화를 추적할 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 측정 유닛(700)으로는 구동 유닛(200)의 회전에 따라 저항값이 변화하는 포텐셔미터(720)가 적용될 수 있다.
일반적으로, 포텐셔미터(720)에서 출력되는 저항값은 회전 각도와 정비례하기 때문에, 포텐셔미터(720)에서 출력된 저항값에 따라 구동 유닛(200)의 회전 각도를 알 수 있다. 그리고, 이를 이용하여 스트링 유닛(100)의 길이 변화를 추적할 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 측정 유닛(700)으로는 탄성을 가지면서 전류가 흐를 수 있는 재질로 형성되며 구동 유닛(200)과 중량물(10)을 연결하는 도전성 고무(732)와, 도전성 고무(732)의 저항을 측정하기 위한 저항 측정 장치(734)가 적용될 수 있다.
일반적으로 도체의 단면적이 감소하고 길이가 증가함에 따라 저항값은 증가한다. 따라서, 스트링 유닛(100)의 길이가 길어지면 도전성 고무(732)의 저항이 증가하고, 스트링 유닛(100)의 길이가 짧아지면 도전성 고무(732)의 저항이 감소하므로, 도전성 고무(732)의 저항을 측정하여 도전성 고무(732)의 길이에 따른 저항값의 변화로 스트링 유닛(100)의 길이 변화를 추적할 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 측정 유닛(700)으로는 구동 유닛(200)과 중량물(10) 사이의 거리를 직접적으로 측정하는 거리 측정 센서(740)가 적용될 수 있다.
예를 들면, 구동 유닛(200)에는 중량물(10)을 향하여 빛을 조사하는 발광소자가 구비되고, 중량물(10)에는 발광소자에서 조사된 빛을 감지하는 수광센서가 구비되어 발광소자에서 조사된 빛이 수광센서에 도달하는 시간의 변화에 따라 스트링 유닛(100)의 길이 변화를 추적할 수 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 측정 유닛(700)은 일단이 중량물(10)과 연결되어 중량물(10)의 이동에 따라 함께 이동하는 케이블(752) 및 케이블(752)의 타단의 위치를 측정하는 포텐셔미터(754)를 포함할 수 있다.
여기서, 포텐셔미터(754)는 직선형 변위에 따라 저항값이 변화한다. 따라서, 포텐셔미터(754)에서 출력된 저항값에 따라 케이블(752)의 타단의 위치를 알 수 있다. 그리고, 이를 이용하여 스트링 유닛(100)의 길이 변화를 추적할 수도 있다.
그리고, 측정 유닛(700)에 인가된 전원이 꺼지는 것을 대비하여 측정 유닛(700)에서 측정된 구동 유닛(200)의 회전 각도 또는 스트링 유닛(100)의 길이를 저장하는 저장 유닛(800)을 더 포함할 수 있다.
여기서, 저장 유닛(800)은 구동 유닛(200)의 회전에 따라 저장된 전하의 양으로 구동 유닛(200)의 회전 각도를 추정하는 캐퍼시터(810)를 포함할 수 있다.
캐퍼시터(810)는 자체적으로 충전 기능을 가지므로 별도의 전원이 필요하지 않기 때문에 측정 유닛(700)에 인가된 전원이 갑자기 꺼져도 캐퍼시터(810)에 저장된 전하의 양은 변하지 않는다. 따라서, 측정 유닛(700)에 인가된 전원이 꺼져도 구동 유닛(200)의 누적된 회전수를 알 수 있다.
그리고, 측정 유닛(700)에서 측정된 스트링 유닛(100)의 길이가 기 설정된 값에 도달하면 구동 유닛(200)의 회전이 정지될 수 있다.
본 실시예에서는 저장 유닛(800)이 캐퍼시터(810)인 것을 예로 들어 설명하였으나, 저장 유닛(800)은 상술하는 것에 한정되는 것이 아니며, 측정 유닛(700)에 인가된 전원이 꺼지더라도 구동 유닛(200)의 회전 각도 또는 스트링 유닛(100)의 길이를 저장할 수 있는 것이라면 어떤 것이든 적용 가능하다.
이상으로 도 7 내지 도 13을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 액추에이터에 대하여 살펴보았다.
이하, 도 14 내지 도 19를 참조하여 상술한 액추에이터로 구성된 동적 구조물에 대하여 설명한다.
도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 동적 구조물은 복수 개의 액추에이터를 포함할 수 있으며, 복수 개의 액추에이터가 직렬로 연결될 수 있다.
즉, 동적 구조물이 세 개의 액추에이터를 포함하고, 이를 순서대로 제1 액추에이터, 제2 액추에이터, 제3 액추에이터라 한다면, 제1 액추에이터의 스트링 유닛(100a)에 연결되는 중량물은 제2 액추에이터의 구동 유닛(200b)이 될 수 있다. 그리고, 제2 액추에이터의 스트링 유닛(100b)에 연결되는 중량물은 제3 액추에이터의 구동 유닛(200c)이 될 수 있으며, 제3 액추에이터의 스트링 유닛(100c)에 최종적으로 이동시키고자 하는 중량물(10)이 연결될 수 있다.
이로써, 세 개의 구동 유닛(200a, 200b, 200c)을 동시에 작동하여 빠른 시간 안에 중량물(10)을 이동시킬 수 있다.
도 15에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 동적 구조물은 복수 개의 액추에이터를 포함할 수 있으며, 복수 개의 액추에이터가 병렬로 연결될 수 있다.
즉, 동적 구조물이 세 개의 액추에이터를 포함하고, 이를 순서대로 제1 액추에이터, 제2 액추에이터, 제3 액추에이터라 한다면, 제1 액추에이터, 제2 액추에이터, 제3 액추에이터의 스트링 유닛(100a, 100b, 100c)에는 하나의 중량물(10)이 연결될 수 있다.
이로써, 세 개의 구동 유닛(200a, 200b, 200c)을 동시에 작동하면 큰 힘으로 중량물(10)을 이동시킬 수 있기 때문에 복수 개의 액추에이터를 병렬로 연결하여 무게가 무거운 중량물(10)을 이동시킬 수 있다.
도 16에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 동적 구조물은 하나의 액추에이터를 포함하며, 구동 유닛(200)과 중량물(10)이 높이 차를 가지도록 배치될 수도 있다.
또는, 도 17에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 동적 구조물은 하나의 액추에이터를 포함하며, 구동 유닛(200)과 중량물(10) 사이에 구동 유닛(200) 및 중량물(10)과 높이차를 가지는 기타 구조물이 형성되는 경우, 스트링 유닛(100)이 굴절된 상태로 구동 유닛(200)과 중량물(10)을 연결할 수 있다.
이는, 스트링 유닛(100)이 실이나 단면적이 좁은 와이어 등의 유연한 스트링 부재로 구성되기 때문이다.
도 18에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 동적 구조물은 한 쌍의 액추에이터를 포함할 수 있다. 그리고 하나의 중량물(10)의 양 측에 구동 유닛(200a, 200b)이 연결될 수도 있다.
중량물(10)의 양 측에 연결된 구동 유닛을 각각 제1 구동 유닛(200a) 및 제2 구동 유닛(200b)이라 한다면, 제1 구동 유닛(200a)이 작동 시에는 제2 구동 유닛(200b)이 작동을 멈추어 중량물(10)이 제1 구동 유닛(200a) 측으로 이동하고, 제2 구동 유닛(200b)이 작동 시에는 제1 구동 유닛(200a)이 작동을 멈추어 중량물(10)이 제2 구동 유닛(200b) 측으로 이동하여 중량물(10)이 제1 구동 유닛(200a)과 제2 구동 유닛(200b) 사이에서 왕복 이동을 할 수 있다.
도 19에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 동적 구조물은 하나의 액추에이터를 포함할 수 있다. 그리고, 하나의 구동 유닛(200)의 양 측에 스트링 유닛(100a, 100b)이 연결되고, 스트링 유닛(100a, 100b)에는 각각 중량물(10a, 10b)이 연결될 수 있다.
이로써, 하나의 구동 유닛(200)을 작동함으로써 양 측의 중량물(10a, 10b)을 이동시킬 수 있다.
상술한 실시예 외에도 동적 구조물은 다양한 개수의 액추에이터를 포함할 수 있으며, 다양한 형태로 중량물(10)과 연결될 수 있다.
한편, 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예의 경우 스트링 유닛(100)의 인장력을 제어할 수 있는 구성으로서 센싱 유닛(900)을 더 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 센싱 유닛(900)은 중량물(10)에 의해 스트링 유닛(100)에 걸리는 1축 인장력을 측정하고, 측정된 값에 따라 중량물(10)을 이동시키는데 필요한 힘을 실시간으로 제어하기 위한 구성이다.
보다 구체적으로, 도 20에 도시된 바와 같이 센싱 유닛(900)은 중량물(10)에 의해 스트링 부재(102a, 102b)에 걸리는 하중(인장력)을 측정하고, 측정된 하중 값에 따라 중량물(10)을 더 큰 힘으로 이동시키거나 또는 더 적은 힘으로 이동시킬 필요가 있을 경우, 구동 유닛(200)에 제어신호를 송출하여 구동 유닛(200)을 제어함으로써, 스트링 부재(102a, 102b)를 추가적으로 꼬거나 풀어 결과적으로 중량물(10)을 이동시키는 힘을 실시간으로 제어할 수 있다.
즉, 도 20과 같이 액추에이터를 이용하여 중량물을 이동시키는 힘을 사인파(sine wave)형태로 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 필요에 따라 스트링 부재(102a, 102b)에 걸리는 인장력을 제어하여 더 큰 힘 또는 더 적은 힘이 중량물(10)에 작용하도록 할 수 있다.
아울러, 센싱 유닛(900)은 스트링 유닛(100)에 의해 중량물(10)에 작용하는 힘이 일정한 값을 갖도록 설정할 수 있다.
보다 구체적으로, 센싱 유닛(900)은 중량물(10)에 의해 스트링 부재(102a, 102b)에 걸리는 하중(인장력)을 측정하고 측정된 하중 값이 설정값 보다 크거나 작을 경우, 구동 유닛(200)에 제어신호를 송출하여 구동 유닛(200)을 제어함으로써, 스트링 부재(102a, 102b)를 추가적으로 꼬거나 풀어 결과적으로 중량물(10)을 이동시키는 힘이 일정한 값을 갖도록 제어할 수 있다.
예컨대, 중량물(10)을 이동시키는 힘을 30N으로 설정하였다면 스트링 부재(102a, 102b)에 걸리는 인장력을 측정하고 측정값이 50N이면 구동 유닛(200)을 제어하여 스트링 부재(102a, 102b)를 풀어 중량물(10)에 작용하는 힘이 30N을 유지하도록 제어할 수 있다.
이에 따라, 구동 유닛(200)에 적용되는 모터의 출력 및 용량과 상관없이 중량물(10)에 가해지는 힘을 스트링 부재(102a, 102b)의 인장력을 제어함으로써 일정하게 유지시킬 수 있다.
한편, 센싱 유닛(900)은 도 21에 도시된 바와 같이 스트링 부재(102a, 102b)의 일측과 구동 유닛(200) 사이에 배치될 수 있으며, 세부 구성으로서 로드셀(910), 디스크(920), 스러스트 베어링(930)을 포함할 수 있다.
로드셀(910)은 스트링 부재(102a, 102b) 즉 스트링 유닛(100)에 걸리는 하중을 측정하기 위한 구성으로서, 스트링 유닛(100)의 일측과 연결된 스러스트 베어링(930)의 타측에 결합되어 있는 디스크(920)와 이격되게 배치되며, 중량물(10)에 의해 스트링 유닛(100)에 걸리는 하중(인장력)으로 인해 이동하는 디스크(920)와 접촉을 통해 스트링 유닛(100)에 걸리는 하중을 측정할 수 있다.
이때 스러스트 베어링(930)은 구동 유닛(200)의 회전축(210)과 연결된 플렉서블 샤프트(220)에 의해 구동 유닛(200)에 연결되며, 디스크(920)는 로드셀(910)을 바라보는 방향을 향하도록 스러스트 베어링(930)의 타측에 결합될 수 있다.
이처럼, 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따르면 스트링 유닛(100)의 인장력을 제어할 수 있는 구성으로서 센싱 유닛(900)을 더 포함할 수 있으며, 센싱 유닛(900)을 통해 중량물(10)에 의해 상기 스트링 부재(102a, 102b)에 걸리는 하중을 측정하고, 측정된 하중 값에 따라 상기 구동 유닛(200)을 제어하여 스트링 부재(102a, 102b)를 추가적으로 꼬거나 풀어 상기 스트링 유닛(100)의 인장력을 제어할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

Claims (22)

  1. 타측에 중량물이 연결되는 스트링 부재를 포함하는 스트링 유닛;
    상기 스트링 부재의 일측에 연결되어 상기 스트링 부재를 꼬거나 풀어 상기 스트링 유닛의 전체적인 길이를 조절함으로써 상기 중량물을 이동시키는 구동 유닛;
    상기 스트링 유닛의 외측에 구비되어 상기 스트링 유닛과의 길이 차에 의해 상기 중량물의 이동을 제한하는 이동 제한 유닛;
    를 포함하는 액추에이터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이동 제한 유닛은 상기 스트링 유닛의 외측에서 상기 스트링 유닛을 감싸도록 구비되어, 상기 이동 제한 유닛의 단부와 상기 중량물이 맞닿음으로써 상기 중량물의 이동이 물리적으로 제한되는 액추에이터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이동 제한 유닛은,
    상기 스트링 유닛의 외측에서 상기 스트링 유닛을 감싸도록 구비되어, 상기 스트링 유닛의 길이가 변화하는 방향을 안내하는 액추에이터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 이동 제한 유닛은 유연한 재질로 형성되어 상기 스트링 유닛의 휘어짐에 따라 변형 가능한 액추에이터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 이동 제한 유닛의 단부에 구비되어 상기 중량물의 위치를 감지하는 위치 감지 유닛을 포함하며,
    상기 이동 제한 유닛의 끝단과 상기 중량물 사이의 거리가 0이 되면 상기 구동모터의 회전을 구속하여 상기 스트링 유닛의 길이 변화를 정지시키거나, 상기 구동모터의 회전축을 자유 상태가 되도록 하여 상기 스트링 유닛의 길이가 증가되도록 하는 액추에이터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스트링 부재의 일측과 상기 구동 유닛 사이에 배치되어, 상기 중량물에 의해 상기 스트링 부재에 걸리는 하중을 측정하고, 측정된 하중 값에 따라 상기 구동 유닛을 제어하여 상기 스트링 부재를 추가적으로 꼬거나 풀어 상기 스트링 부재의 인장력을 제어하는 센싱 유닛을 더 포함하는 액추에이터.
  7. 서로 회전 가능하게 힌지결합되는 복수의 링크부재로 구성되는 링크 모듈;
    타측이 상기 링크 모듈의 말단과 연결되는 스트링 부재를 포함하는 스트링 유닛과, 상기 스트링 부재의 일측에 연결되며 상기 스트링 부재를 꼬거나 풀어 상기 스트링 유닛의 전체적인 길이를 조절함으로써 상기 링크 모듈을 움직이는 구동 유닛을 포함하며, 상기 스트링 유닛의 외측에는 상기 스트링 유닛과의 길이 차에 의해 상기 링크 모듈이 움직이는 범위를 제한하는 이동 제한 유닛이 구비되는 액추에이터;
    를 포함하는 링크 구조물.
  8. 소정의 길이를 가지며, 플렉서블한 재질로 형성되는 무빙 모듈;
    타측이 상기 무빙 모듈의 말단과 연결되는 스트링 부재를 포함하는 스트링 유닛과, 상기 스트링 부재의 일측에 연결되며 상기 스트링 부재를 꼬거나 풀어 상기 스트링 유닛의 전체적인 길이를 조절함으로써 상기 무빙 모듈을 움직이는 구동 유닛을 포함하며, 상기 스트링 유닛의 외측에는 상기 스트링 유닛과의 길이 차에 의해 상기 무빙 모듈이 움직이는 범위를 제한하는 이동 제한 유닛이 구비되는 액추에이터;
    를 포함하는 무빙 구조물.
  9. 타측에 중량물이 연결되는 스트링 부재를 포함하는 스트링 유닛;
    상기 스트링 부재의 일측에 연결되며, 상기 스트링 부재를 꼬거나 풀어 상기 스트링 유닛의 전체적인 길이를 조절함으로써 상기 중량물을 이동시키는 구동 유닛; 및
    상기 중량물과 상기 구동 유닛 사이에 구비되어 상기 스트링 부재가 풀어지는 경우 상기 중량물을 복원시키는 복원 유닛;
    을 포함하는 액추에이터.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 복원 유닛은,
    탄성력에 의해 상기 중량물을 복원시키는 액추에이터.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 구동 유닛에 인가된 전원이 꺼지는 경우, 상기 중량물의 위치를 고정하기 위하여 상기 구동 유닛의 회전을 즉시 구속하는 액추에이터.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 스트링 유닛의 길이 변화를 추적하는 측정 유닛을 더 포함하는 액추에이터.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 측정 유닛은,
    상기 구동 유닛과 연동되어 상기 구동 유닛의 회전 시 특정 회전각도마다 신호를 출력하는 엔코더를 포함하여,
    상기 엔코더에서 측정된 상기 구동 유닛의 회전 각도에 의해 연산된 상기 스트링 유닛의 길이 변화를 추적하는 액추에이터.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 측정 유닛은,
    상기 구동 유닛의 회전에 따라 저항값이 변화하는 포텐셔미터를 포함하여,
    상기 포텐셔미터에서 측정된 상기 구동 유닛의 회전수 또는 회전 각도의 절대값으로 상기 스트링 유닛의 길이 변화를 추적하는 액추에이터.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 측정 유닛은,
    탄성을 가지면서 전류가 흐를 수 있는 재질로 형성되며 상기 구동 유닛과 상기중량물을 연결하는 도전성 고무를 포함하여,
    상기 도전성 고무의 저항을 측정하여 상기 도전성 고무의 길이에 따른 저항값의 변화로 상기 스트링 유닛의 길이 변화를 추적하는 액추에이터.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 측정 유닛은,
    상기 구동 유닛과 상기 중량물 사이의 거리를 직접적으로 측정하는 거리 측정 센서를 포함하는 액추에이터.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 측정 유닛은,
    일단이 상기 중량물과 연결되어 상기 중량물의 이동에 따라 함께 이동하는 케이블 및 상기 케이블의 타단의 위치를 측정하는 포텐셔미터를 포함하여,
    상기 포텐셔미터에서 측정된 상기 케이블의 타단의 위치로서 상기 스트링 유닛의 길이 변화를 추적하는 액추에이터.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 측정 유닛에 인가된 전원이 꺼지는 것을 대비하여,
    상기 측정 유닛에서 측정된 상기 구동 유닛의 회전 각도 또는 상기 스트링 유닛의 길이를 저장하는 저장 유닛을 더 포함하는 액추에이터.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 저장 유닛은,
    상기 구동 유닛의 회전에 따라 저장된 전력의 양으로 상기 구동 유닛의 회전 각도를 추정하는 캐퍼시터를 포함하는 액추에이터.
  20. 제12항에 있어서,
    상기 측정 유닛에서 측정된 상기 스트링 유닛의 길이가 기 설정된 값에 도달하면 상기 구동 유닛의 회전이 정지되는 액추에이터.
  21. 제9항에 있어서,
    상기 스트링 부재의 일측과 상기 구동 유닛 사이에 배치되어, 상기 중량물에 의해 상기 스트링 부재에 걸리는 하중을 측정하고, 측정된 하중 값에 따라 상기 구동 유닛을 제어하여 상기 스트링 부재를 추가적으로 꼬거나 풀어 상기 스트링 부재의 인장력을 제어하는 센싱 유닛을 더 포함하는 액추에이터.
  22. 타측에 중량물이 연결되는 스트링 부재를 포함하는 스트링 유닛과, 상기 스트링 부재의 일측에 연결되며 상기 스트링 부재를 꼬거나 풀어 상기 스트링 유닛의 전체적인 길이를 조절함으로써 상기 중량물을 이동시키는 구동 유닛을 포함하며, 상기 중량물과 상기 구동 유닛 사이에는 상기 스트링 부재가 풀어지는 경우 상기 중량물을 복원시키는 복원 유닛이 구비되는 하나 이상의 액추에이터 모듈을 포함하며,
    상기 액추에이터 모듈이 복수 개 구비되는 경우, 복수의 상기 액추에이터 모듈이 직렬 또는 병렬로 복수 개 연결되는 동적 구조물.
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