WO2018026189A2 - 무한 변위 발생장치 - Google Patents

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    • F16H—GEARING
    • F16H7/00—Gearings for conveying rotary motion by endless flexible members
    • F16H7/02—Gearings for conveying rotary motion by endless flexible members with belts; with V-belts

Definitions

  • an object of the present invention is to solve such a conventional problem, and a linear reciprocating moving within a limited range by operating a pair of rotational displacement parts consisting of a ratchet gear and pawl gear alternately It is to provide an infinite displacement generating device that can be converted to infinite rotational displacement by using the motion.
  • the rotation displacement unit may further include a bearing formed between the rotation shaft and the rotating body, the rotating body may be free to rotate about the rotating shaft.
  • the driving unit may include a twisted and coiled polymer actuator (TCA), a shape memory alloy actuator, a solenoid actuator, a piezoelectric actuator, or a dielectric elastomer actuator. It can contain either.
  • TCA twisted and coiled polymer actuator
  • shape memory alloy actuator a shape memory alloy actuator
  • solenoid actuator a solenoid actuator
  • piezoelectric actuator a piezoelectric actuator
  • dielectric elastomer actuator a dielectric elastomer actuator
  • the third moving part and the fourth moving part which are respectively formed in the first timing belt and the second timing belt to move the first timing belt and the second timing belt in the other directions opposite to the one direction, respectively. And a third moving part and the fourth moving part alternately to move the first timing belt and the second timing belt infinitely in the other direction.
  • FIG 3 is a cross-sectional view showing a rotational displacement unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view illustrating an operation in which the rotating shaft rotates clockwise by the second clockwise rotation displacement unit in the infinite displacement generator according to the exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view illustrating an operation in which the rotating shaft rotates counterclockwise by the first counterclockwise rotation displacement unit in the infinite displacement generator according to the exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a view for explaining a mechanism for moving the timing belt by the operation of the moving unit according to the present invention.
  • FIG. 10 is a perspective view of an infinite displacement generating device generating infinite displacement in both directions according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a perspective view illustrating a state in which a rotating body is formed on a rotating shaft of the infinite displacement generating device of FIG. 10 to rotate indefinitely.
  • the rotational displacement portions 130A and 130B on the right side of the rotating body 125 in FIG. 2 are referred to as a first clockwise rotational displacement portion 130A and a second clockwise rotational displacement portion 130B, respectively.
  • the rotation displacement parts 130C and 130D on the left side of the to-be-turned body 125 are called 1st counterclockwise rotation displacement parts 130C and 2nd counterclockwise rotation displacement parts 130D, respectively.
  • the pole gear 133a is rotatably coupled to the edge of the rotor 132a as described above.
  • the fold gear 133a may be connected to the driving unit to be described later, rotated by a linear reciprocating motion of the driving unit, and coupled or released from the ratchet gear 131a.
  • the first clockwise rotation displacement portion 130A can return to the state of FIG. 4A from the state of FIG. 4C. That is, when releasing the force to pull the wire 150a by the drive unit, the pole gear 133a is rotated counterclockwise again by the elastic energy stored in the first elastic band 136a, so as to (a) of FIG. Likewise, the pawl gear 133a and the ratchet gear 131a may be released again. This is a process of moving to the initial position to rotate the rotating shaft 120 to the first clockwise rotational displacement unit 130A after the operation of the second clockwise rotational displacement unit 130B is completed.
  • the first moving unit 250a operates. As described above, the first moving unit 250a is formed in the first timing belt 210a and the second timing belt 210b. By allowing the second moving part 250b to operate alternately, the first timing belt 210a and the second timing belt 210b may be rotated infinitely in one direction.

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Abstract

본 발명은 무한 변위 발생장치에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 무한 변위 발생장치는 회전가능하도록 지지되는 회전축 및 회전축을 일 방향으로 일정 범위 회전시키는 회전 변위부를 포함하고, 회전 변위부는 래칫(ratchet) 기어, 회전체, 폴(pawl) 기어, 및 구동부를 포함하며, 회전 변위부가 한 쌍으로 형성되어 제 1 회전 변위부와 제 2 회전 변위부의 구동부가 교대로 작동하여 회전축을 일 방향으로 무한 회전시키는 것을 특징으로 한다.

Description

무한 변위 발생장치
본 발명은 무한 변위 발생장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 한정된 범위 내의 직선 왕복 운동을 이용하여 일 방향 또는 양 방향의 무한 변위를 발생시킬 수 있는 무한 변위 발생장치에 관한 것이다.
TCA(twisted and coiled polymer actuator), 형상기억합금구동기(shape memory alloy actuator), 솔레노이드 액츄에이터(solenoid actuator), 압전 액츄에이터(piezoelectric actuator), 또는 절연성 탄성중합체 액츄에이터(dielectric elastomer actuator) 등의 선형 액츄에이터는 큰 힘을 생성할 수 있는 반면에 동작 변위가 크지 않다. 이러한 선형 액츄에이터를 이용하여 큰 힘이 요구되는 로봇의 관절에 적용할 수가 있는데, 이동 변위가 작다는 문제점이 발생하였다.
따라서, 한정된 변위를 만들어 내는 전술한 선형 액츄에이터의 한계를 극복하도록 선형 액츄에이터를 이용하여 무한 변위를 생성할 수 있도록 하는 메커니즘의 개발이 요구된다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 래칫(ratchet) 기어와 폴(pawl) 기어를 포함하여 구성되는 한 쌍의 회전 변위부를 번갈아 가면서 동작시켜 한정된 범위 내에 움직이는 직선 왕복 운동을 이용하여 무한 회전변위로 변환시킬 수 있는 수 있는 무한 변위 발생장치를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 공통의 회전축에 형성된 타이밍 풀리와 체결하여 이동하는 한 쌍의 타이밍 벨트 각각에 타이밍 벨트를 일 방향으로 소정 범위 이동시키는 이동부를 구비하여 각 타이밍 벨트에 형성된 이동부를 교대로 작동하여 타이밍 벨트를 일 방향으로 무한 이동 시킬 수 있는 무한 변위 발생장치를 제공함에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 회전가능하도록 지지되는 회전축; 및 상기 회전축을 일 방향으로 일정 범위 회전시키는 회전 변위부를 포함하고, 상기 회전 변위부는 상기 회전축에 결합되어 상기 회전축과 함께 회전하는 래칫(ratchet) 기어; 상기 회전축에 대해 자유 회전이 가능하게 상기 회전축에 장착되는 회전체; 상기 회전체에 회동가능하게 결합되는 폴(pawl) 기어; 상기 폴 기어에 연결되어 직선 변위에 의해 상기 폴 기어를 회전시켜 상기 폴 기어와 상기 래칫 기어가 결합하도록 하여 상기 래칫 기어를 회전시키는 구동부를 포함하며, 상기 회전 변위부가 한 쌍으로 형성되어 제 1 회전 변위부와 제 2 회전 변위부의 구동부가 교대로 작동하여 상기 회전축을 일 방향으로 무한 회전시키는 무한 변위 발생장치에 의해 달성될 수가 있다.
여기서, 상기 회전 변위부는 상기 회전축과 상기 회전체 사이에 형성된 베어링을 더 포함하고, 상기 회전체는 상기 회전축에 대해 자유 회전이 가능할 수가 있다.
여기서, 상기 회전체의 일측면에는 홈이 형성되고, 상기 래칫 기어는 상기 홈 내부에 위치할 수가 있다.
여기서, 상기 회전 변위부는 상기 폴 기어와 상기 회전체를 연결하여 상기 구동부에 의한 외력이 제거되었을 때 탄성 에너지에 의해 상기 폴 기어를 회전시켜 상기 래칫 기어와 상기 폴 기어를 분리시키는 제 1 탄성밴드를 더 포함할 수가 있다.
여기서, 상기 회전 변위부는 상기 회전체와 연결하여 상기 회전체의 회전범위를 제한하는 제 2 탄성밴드를 더 포함할 수가 있다.
여기서, 상기 구동부는 TCA(twisted and coiled polymer actuator), 형상기억합금구동기(shape memory alloy actuator), 솔레노이드 액츄에이터(solenoid actuator), 압전 액츄에이터(piezoelectric actuator), 또는 절연성 탄성중합체 액츄에이터(dielectric elastomer actuator) 중 어느 하나일 수가 있다.
여기서, 각각 상기 회전축을 반대쪽 일 방향으로 일정 범위 회전시키는 한 쌍의 회전 변위부를 더 포함할 수가 있다.
또한, 상기 목적은, 본 발명에 따라, 한 쌍으로 나란히 배치되는 제 1 타이밍 벨트와 제 2 타이밍 벨트; 상기 제 1 타이밍 벨트의 상단부와 하단부에 각각 상기 제 1 타이밍 벨트와 치합되어 체결되는 제 1 상부 타이밍 풀리 및 제 1 하부 타이밍 풀리와 상기 제 2 타이밍 벨트의 상단부와 하단부에 각각 상기 제 2 타이밍 벨트와 치합되어 체결되는 제 2 상부 타이밍 풀리 및 제 2 하부 타이밍 풀리; 상기 제 1 상부 타이밍 풀리와 상기 제 2 상부 타이밍 풀리의 회전중심에 삽입되어 상기 제 1 상부 타이밍 풀리 또는 상기 제 2 상부 타이밍 풀리의 회전에 의해 회전하는 상부 회전축; 상기 제 1 하부 타이밍 풀리와 상기 제 2 하부 타이밍 풀리의 회전중심에 삽입되어 상기 제 1 하부 타이밍 풀리 또는 상기 제 2 하부 타이밍 풀리의 회전에 의해 회전하는 하부 회전축; 및 상기 제 1 타이밍 벨트와 상기 제 2 타이밍 벨트에 각각 형성되어 상기 제 1 타이밍 벨트와 상기 제 2 타이밍 벨트를 각각 일 방향으로 일정 범위 이동시키는 제 1 이동부와 제 2 이동부를 포함하며, 상기 제 1 이동부와 상기 제 2 이동부를 교대로 작동하여 상기 제 1 타이밍 벨트와 상기 제 2 타이밍 벨트를 상기 일 방향으로 무한 이동시키는 무한 변위 발생장치에 의해 달성될 수가 있다.
여기서, 상기 제 1 이동부와 상기 제 2 이동부는 각각 상기 제 1 타이밍 벨트 또는 상기 제 2 타이밍 벨트가 관통하는 홀이 형성되는 이동 프레임; 상기 이동 프레임에 회동 가능하게 결합되며, 회동에 의해 일단부가 상기 제 1 타이밍 벨트 또는 상기 제 2 타이밍 벨트와의 체결 또는 체결해제가 가능한 체결부; 및 상부에서 상기 체결부의 타단부를 소정 범위 내에서 잡아당기는 구동부를 포함할 수가 있다.
여기서, 상기 구동부가 상기 체결부를 잡아당길 때, 상기 체결부는 상기 제 1 타이밍 벨트 또는 상기 제 2 타이밍 벨트와 체결하여 상기 제 1 타이밍 벨트 또는 상기 제 2 타이밍 벨트를 이동시킬 수가 있다.
여기서, 하부에서 상기 이동 프레임 및 상기 체결부에 각각 연결되어 상기 구동부에 의해 잡아당기는 힘이 해제되었을 때 상기 이동 프레임과 상기 체결부를 최초 위치로 이동 및 회동시키는 탄성부를 더 포함할 수가 있다.
여기서, 상부에서 상기 이동 프레임 또는 상기 체결부에 연결되어 상기 이동 프레임의 추락을 방지하는 추락 방지부를 더 포함할 수가 있다.
여기서, 상기 구동부는 TCA(twisted and coiled polymer actuator), 형상기억합금구동기(shape memory alloy actuator), 솔레노이드 액츄에이터(solenoid actuator), 압전 액츄에이터(piezoelectric actuator), 또는 절연성 탄성중합체 액츄에이터(dielectric elastomer actuator) 중 어느 하나를 포함할 수가 있다.
여기서, 상기 제 1 타이밍 벨트와 상기 제 2 타이밍 벨트에 각각 형성되어 상기 제 1 타이밍 벨트와 상기 제 2 타이밍 벨트를 각각 상기 일 방향의 반대쪽 타 방향으로 일정 범위 이동시키는 제 3 이동부와 제 4 이동부를 더 포함하며, 상기 제 3 이동부와 상기 제 4 이동부를 교대로 작동하여 상기 제 1 타이밍 벨트와 상기 제 2 타이밍 벨트를 상기 타 방향으로 무한 이동시킬 수가 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 무한 변위 발생장치에 따르면 래칫(ratchet) 기어와 폴(pawl) 기어를 포함하여 구성되는 한 쌍의 회전 변위부를 번갈아 가면서 동작시켜 한정된 범위 내에 움직이는 직선 왕복 운동을 이용하여 무한 회전변위로 변환시킬 수 있다는 장점이 있다.
또한, 일 방향으로 무한 회전변위를 생성시키도록 하는 한 쌍의 회전 변위부와 반대 방향으로 무한 회전변위를 생성시키도록 하는 또 다른 한 쌍의 회전 변위부를 각각 구비하도록 하여, 한정된 범위 내에 움직이는 왕복 운동을 이용하여 양 방향의 무한 회전변위로 변환시킬 수 있다는 장점도 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무한 변위 발생장치에 따르면 타이밍 벨트에 형성된 한 쌍의 이동부를 교대로 작동시켜 한정된 범위 내의 직선 왕복 운동을 이용하여 일 방향으로의 무한 (회전)변위를 생성시킬 수가 있다는 장점이 있다.
또한, 타이밍 벨트에 형성되어 일 방향으로의 무한 변위를 생성하는 한 쌍의 이동부와 타 방향으로의 무한 변위를 생성하는 또 한 쌍의 이동부를 각각 구비하도록 하여, 한정된 범위 내에 움직이는 직선 왕복 운동을 이용하여 양 방향으로의 무한 (회전)변위를 생성시킬 수 있다는 장점도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무한 변위 발생장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 무한 변위 발생장치를 수평으로 자른 단면을 보여주는 부분 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 변위부를 도시하는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무한 변위 발생장치에서 제 1 시계방향 회전 변위부에 의해 회전축이 시계방향으로 회전하는 동작을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무한 변위 발생장치에서 제 2 시계방향 회전 변위부에 의해 회전축이 시계방향으로 회전하는 동작을 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무한 변위 발생장치에서 제 1 반시계방향 회전 변위부에 의해 회전축이 반시계방향으로 회전하는 동작을 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무한 변위 발생장치에서 제 2 반시계방향 회전 변위부에 의해 회전축이 반시계방향으로 회전하는 동작을 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 일 방향으로의 무한 변위를 생성하는 무한 변위 발생장치의 사시도이다.
도 9는 본 발명에 따라 이동부의 동작에 의해 타이밍 벨트를 이동시키는 메커니즘을 설명하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 양 방향으로의 무한 변위를 생성하는 무한 변위 발생장치의 사시도이다.
도 11은 도 10에 따라 실제 제작한 무한 변위 발생장치의 사진이다.
도 12는 도 10의 무한 변위 발생장치의 회전축에 회전체가 형성되어 무한 회전하는 모습을 도시하는 사시도이다.
실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 무한 변위 발생장치를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무한 변위 발생장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 무한 변위 발생장치를 수평으로 자른 단면을 보여주는 부분 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 변위부를 도시하는 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무한 변위 발생장치는 회전축(120) 및 한 쌍의 회전 변위부(130A, 130B)를 포함할 수가 있다. 여기서, 회전 변위부(130A)는 래칫(ratchet) 기어(131a), 회전체(132a), 폴(pawl) 기어(133a) 및 구동부(미도시)를 포함할 수가 있다.
도 2에 도시되어 있는 것처럼 회전축(120)은 본 발명의 무한 변위 발생장치를 지지하도록 하는 지지몸체(110)에 베어링(142)을 이용하여 회전가능하도록 지지된다. 회전축(120)에 피회전체(125)를 고정시키면 회전축(120)의 회전과 함께 피회전체(125)가 회전하게 된다.
회전 변위부(130A, 130B, 130C, 130D)는 회전축(120)을 일정 범위의 각도로 회전시키도록 한다. 도면에서 한 쌍의 회전 변위부(130A, 130B)는 피회전체(125)를 중심으로 일측에 또 다른 한 쌍의 회전 변위부(130C, 130D)는 피회전체(125)를 중심으로 타측에 형성되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
후술할 내용이지만, 피회전체(125)를 중심으로 일측에 위치하는 한 쌍의 회전 변위부(130A, 130B)는 회전축(120)을 포함하는 피회전체(125)를 일 방향(시계방향)으로 무한 회전시키도록 하고, 피회전체(125)를 중심으로 반대쪽 타측에 위치하는 또 다른 한 쌍의 회전 변위부(130C, 130D)는 회전축(120)을 포함하는 피회전체(125)를 일 방향의 반대 방향(반시계방향)으로 무한 회전시키도록 한다.
이하, 설명의 편의를 위해서 도 2에서 피회전체(125) 우측에 있는 회전 변위부(130A, 130B)를 각각 제 1 시계방향 회전 변위부(130A) 및 제 2 시계방향 회전 변위부(130B)라고 하고, 피회전체(125) 좌측에 있는 회전 변위부(130C, 130D)를 각각 제 1 반시계방향 회전 변위부(130C) 및 제 2 반시계방향 회전 변위부(130D)라고 칭하기로 한다.
이하, 도 3을 참조로 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 시계방향 회전 변위부(130A)의 구성을 자세히 설명하기로 한다. 제 2 시계방향 회전 변위부(130B)의 구성도 제 1 시계방향 회전 변위부(130A)의 구성과 동일하다.
회전축(120)에는 래칫 기어(131a)가 결합되어 회전축(120)과 일체로 회전한다. 즉, 래칫 기어(131a)의 회전에 의해 래칫 기어(131a), 회전축(120) 및 피회전체(125)는 일체로 회전을 한다.
래칫 기어(131a)는 후술할 폴 기어(133a)의 동작으로 일 방향으로만 회전을 하고 반대 방향으로는 회전하지 않도록 하는 기어인데, 도 3에서는 폴 기어(133a)가 회전하여 래칫 기어(131a)에 맞물렸을 때, 래칫 기어(131a)의 기어 형상에 의해 래칫 기어(131a)는 시계방향으로는 회전할 수는 있으나, 반시계방향으로는 회전할 수가 없다.
회전체(132a)는 회전축(120)에 대해 자유 회전이 가능하도록 회전축(120)에 장착된다. 즉, 도 2에 도시되어 있는 것과 같이 회전축(120)과 회전체(132a) 사이에는 베어링(144)이 형성되어, 회전체(132a)는 회전축(120)과 일체로 회전하는 것이 아니라, 회전축(120)의 회전과 무관하게 회전축(120)에 대해 자유 회전이 가능하다.
이때, 회전축(120)의 일측면에는 래칫 기어(131a)를 수용할 수 있도록 홈(134a)이 형성되어, 홈(134a) 내부에 래칫 기어(131a)가 위치하도록 할 수가 있다. 따라서, 회전체(132a)는 래칫 기어(131a)를 내부에 수용하도록 하여 기어날로부터 보호할 수 있도록 한다.
회전축(120)의 일측면에 래칫 기어(131a)가 수용되도록 홈(134a)이 형성되기 때문에, 홈(134a)과 비교하여 회전체(132a)의 가장자리는 상대적으로 돌출된 돌출부(135a)를 형성할 수가 있다. 이때, 돌출부(135a)는 회전체(132a)의 가장자리를 따라 형성되되, 도 3에 도시되어 있는 것과 같이 회전체(132a)의 가장자리의 돌출되지 않은 소정 영역에 폴 기어(133a)가 형성될 수가 있다.
폴 기어(133a)는 전술한 바와 같이 회전체(132a)의 가장자리에 회동가능하게 결합된다. 폴기어(133a)는 후술할 구동부와 연결되어 구동부의 직선 왕복 운동에 의해 회동하여 래칫 기어(131a)와 결합하거나 결합이 해제될 수가 있다.
도 3에서 구동부에 의해 와이어(150a)를 잡아당겨 폴 기어(133a)가 시계방향으로 회전을 하게 되면, 폴 기어(133a)와 래칫 기어(131a)가 결합하게 되고, 폴 기어(133a)와 래칫 기어(131a)가 결합한 이후에는 두 기어(133a, 131a)의 결합에 의해 래칫 기어(131a)는 시계방향으로만 회전할 수가 있고, 반시계방향으로는 더 이상 회전할 수가 없게 된다.
폴 기어(133a)와 래칫 기어(131a)가 결합된 상태에서 구동부에 연결된 와이어(150a)를 더 잡아당기게 되면, 폴 기어(133a)와 결합된 래칫 기어(131a)가 함께 회전하게 되고, 폴 기어(133a)의 일측은 회전체(132a)의 돌출부(135a)와 접촉하여 회전체(132a)도 함께 회전하게 된다.
본 발명에서 구동부는 선형 액츄에이터로서 회전 변위부(130A)를 동작시킨다. 구동부는 폴 기어(133a)에 연결되는데, 보다 자세히는 구동부와 폴 기어(133a) 사이에는 와이어(150a)가 연결될 수가 있다. 와이어(150a)는 폴 기어(133a)의 회전 중심이 아닌 일측 가장자리에 연결될 수가 있다. 따라서, 구동부의 선형 운동에 의해 와이어(150a)를 잡아당기면 폴 기어(133a)의 회전 중심을 중심으로 폴 기어(133a)는 회전을 할 수가 있다.
본 발명에서 구동부는 TCA(twisted and coiled polymer actuator), 형상기억합금구동기(shape memory alloy actuator), 솔레노이드 액츄에이터(solenoid actuator), 압전 액츄에이터(piezoelectric actuator), 또는 절연성 탄성중합체 액츄에이터(dielectric elastomer actuator) 중 어느 하나일 수가 있는데, 이러한 선형 액츄에이터는 구동시키는 힘이 크나 구동변위가 상대적으로 작은 특징을 가진다. 본 발명에서는 이러한 구동 변위가 작은 선형 액츄에이터를 이용하여 무한의 회전변위를 생성시킬 수 있도록 한다. 본 발명에서 구동부로 사용될 수 있는 선형 액츄에이터는 전술한 실시예에 한정되는 것은 아니고, 공지된 다른 선형 액츄에이터를 사용할 수 있음은 물론이다.
또한, 폴 기어(133a)와 회전체(132a) 사이에는 탄성 재질의 제 1 탄성밴드(136a)가 형성될 수가 있다. 제 1 탄성밴드(136a)의 탄성력에 의해 구동부가 잡아당기는 힘이 해제되어 폴 기어(133a)를 시계방향으로 회전시키는 힘이 제거되었을 때, 폴 기어(133a)가 다시 반시계방향으로 회전하여 초기 위치로 회전할 수 있도록 한다. 이때, 도시되어 있는 제 1 탄성밴드(136a)의 구성 대신에, 폴 기어(133a)의 회전축에 탄성 스프링을 장착하여 탄성 스프링의 탄성력으로 외력이 제거되었을 때 초기 위치로 복귀하도록 구성될 수도 있다. 제 1 탄성밴드(136a)의 탄성력에 의해 폴 기어(133a)가 반시계방향으로 회전하게 되면, 다시 폴 기어(133a)와 래칫 기어(131a) 사이의 결합이 해제될 수가 있다.
또한, 회전 변위부(130A)는 회전체(132a)와 외부의 지지몸체(110)와 연결하는 제 2 탄성밴드(137a)를 더 포함할 수가 있다. 제 2 탄성밴드(137a)의 탄성력에 의해 회전체(132a)의 회전범위를 제한할 수가 있다. 또한, 구동부에 의한 외력이 가해졌을 때 회전체(132a)는 폴 기어(133a)와 접촉하여 시계방향으로 회전하게 되는데, 구동부에 의한 외력이 제거되었을 때 탄성력으로 회전체(132a)를 반시계방향으로 회전시키도록 한다.
본 발명에서 도 3에 도시되어 있는 것과 같이 래칫 기어(131a), 회전체(132a), 폴 기어(133a), 구동부, 제 1 탄성밴드(136a) 및 제 2 탄성밴드(137a)를 포함하여 구성되는 시계방향 회전 변위부(130A)는 제 1 시계방향 회전 변위부(130A)와 제 2 시계방향 회전 변위부(130B)로 한 쌍으로 형성된다. 물론, 시계방향 회전 변위부는 한 쌍이 아니라 두 개 이상으로 형성될 수도 있다.
이때, 제 1 시계방향 회전 변위부(130A)의 구동부와 제 2 시계방향 회전 변위부(130B)의 구동부가 교대로 동작하여 회전축(120)을 일 방향(시계방향)으로 무한 회전시킬 수가 있다. 즉, 제 1 시계방향 회전 변위부(130A)의 구동부에 의해 와이어(150a)가 당겨지면 전술한 동작 메커니즘에 의해 제 1 시계방향 회전 변위부(130A)의 폴 기어(133a)와 래칫 기어(131a)가 결합하여 회전축(120)을 소정의 각도 범위로 회전시키게 되고, 이때 제 2 시계방향 회전 변위부(130B)의 구동부에 의해 외이어(150b)가 당겨지면 다시 제 2 시계방향 회전 변위부(130B)의 폴 기어(133b)와 래칫 기어(131b)가 결합하여 회전축(120)을 소정의 각도로 회전시키게 된다. 이러한 방법으로 제 1 시계방향 회전 변위부(130A)와 제 2 시계방향 회전 변위부(130B)를 교대로 동작시키면 소정의 각도로 회전축(120)을 회전시키는 것을 반복하여 회전축(120)을 시계방향으로 무한 회전시킬 수가 있다.
도 1 및 도 2에 도시되어 있는 것과 같이 반시계방향으로 무한 회전시키는 한 쌍의 제 1 반시계방향 회전 변위부(130C)와 제 2 반시계방향 회전 변위부(130C)를 구성함으로써, 회전축(120)을 반시계방향으로도 무한 회전시킬 수가 있다. 제 1 반시계방향 회전 변위부(130C) 및 제 2 반시계방향 회전 변위부(130C)의 구성은 회전축(120)을 회전시키는 방향만 반대이고 도 3을 참조로 전술한 구성과 동일하기 때문에 자세한 설명은 생략하기로 한다.
지금부터는 상술한 본 발명에 따른 무한 변위 발생장치의 작동에 대하여 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무한 변위 발생장치에서 제 1 시계방향 회전 변위부에 의해 회전축이 시계방향으로 회전하는 동작을 설명하는 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무한 변위 발생장치에서 제 2 시계방향 회전 변위부에 의해 회전축이 시계방향으로 회전하는 동작을 설명하는 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무한 변위 발생장치에서 제 1 반시계방향 회전 변위부에 의해 회전축이 반시계방향으로 회전하는 동작을 설명하는 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무한 변위 발생장치에서 제 2 반시계방향 회전 변위부에 의해 회전축이 반시계방향으로 회전하는 동작을 설명하는 도면이다.
먼저, 도 4 및 도 5를 참조로 본 발명의 일 실시예에 따른 무한 변위 발생장치에 의해 회전축(120)을 시계방향으로 무한 회전시키는 작동 메커니즘에 대해서 설명하기로 한다.
먼저, 도 4는 제 1 시계방향 회전 변위부(130A)를 도시하고 있는데, 도 4의 (a)는 폴 기어(133a)와 래칫 기어(131a)의 결합이 해제되어 있는 초기 위치를 도시하고 있다. 구동부의 동작에 의해 와이어(150a)를 잡아당기게 되면, 잡아당기는 힘에 의해 회전체(132a)가 소정의 각도로 시계방향으로 회전함과 동시에 폴 기어(133a)도 회전축을 중심으로 시계방향으로 회전하여, 도 4의 (b)에서와 같이 폴 기어(133a)와 래칫 기어(131a)가 결합하게 된다. 이때, 래칫 기어(131a)의 회전에 의해 제 1 탄성밴드(136a)는 잡아 당겨져 탄성 에너지가 저장될 수가 있다.
이때, 구동부의 동작에 의해 와이어(150a)를 더 잡아당기게 되면 폴 기어(133a)와 래칫 기어(131a)가 결합된 상태에서 함께 회전을 하게 되고, 이때 폴 기어(133a)의 일측이 회전체(132a)의 돌출부(135a)와 접촉하여 회전체(132a)도 함께 회전할 수가 있다. 래칫 기어(131a)가 시계방향으로 회전함에 따라서 래칫 기어(131a)에 결합된 회전축(120)도 시계방향으로 소정의 각도로 회전할 수가 있다.
전술한 바와 같이 선형 액츄에이터의 직선 이동변위가 작아서 회전축(120)을 회전시키는 각도 범위는 제한적일 수가 있는데, 도 4와 같이 제 1 시계방향 회전 변위부(130A)에 의해 회전축(120)을 소정의 각도로 회전시킨 이후에, 다음 제 2 시계방향 회전 변위부(130B)가 동작하여 회전축(120)을 다시 추가로 회전시킬 수가 있다.
도 5는 제 2 시계방향 회전 변위부(130B)를 도시하고 있는데, 도 4의 (a)와 마찬가지로 제 2 시계방향 회전 변위부(130B)는 초기에 폴 기어(133b)와 래칫 기어(131b)의 결합이 해제된 상태에 있다. 이때, 도 4의 (c)에 도시되어 있는 것과 같이 제 1 시계방향 회전 변위부(130A)의 폴 기어(133a)와 래칫 기어(131a)가 결합되어 있기 때문에, 회전축(120)은 반시계방향으로는 회전할 수 없는 상태로 지지될 수가 있다.
이때, 도 5의 (b)와 같이 제 2 시계방향 회전 변위부(130B)의 구동부의 동작에 의해 와이어(150b)를 잡아당기게 되면, 도 4의 (b)를 참조로 설명한 것과 마찬가지로 잡아당기는 힘에 의해 회전체(132b)가 소정의 각도로 시계방향으로 회전함과 동시에 폴 기어(133b)도 시계 방향으로 회전하여, 도 5의 (b)에서와 같이 폴 기어(133b)와 래칫 기어(131b)가 결합하게 된다.
이때, 제 2 시계방향 회전 변위부(130B)의 폴 기어(133b)와 래칫 기어(131b)가 결합하게 되면, 두 기어(133b, 131b)의 결합에 의해서 회전축(120)의 반시계방향으로의 회전을 막을 수 있으므로, 제 1 시계방향 회전 변위부(130A)는 도 4의 (c) 상태에서 도 4의 (a) 상태로 복귀할 수가 있다. 즉, 구동부에 의해 와이어(150a)를 잡아당기는 힘을 해제하면, 제 1 탄성밴드(136a)에 저장된 탄성 에너지에 의해 폴 기어(133a)는 다시 반시계방향으로 회전하여 도 4의 (a)와 같이 폴 기어(133a)와 래칫 기어(131a)는 결합이 다시 해제될 수가 있다. 이는 제 2 시계방향 회전 변위부(130B)의 동작이 끝나면 다시 제 1 시계방향 회전 변위부(130A)으로 회전축(120)을 회전시키도록 하는 초기 위치로 이동하는 과정이다.
이후, 제 2 시계방향 회전 변위부(130B)의 구동부의 동작에 의해 와이어(150b)를 더 잡아당기게 되면, 도 5의 (c)에 도시되어 있는 것과 같이 폴 기어(133b)와 래칫 기어(131b)가 결합된 상태에서 함께 회전을 할 수가 있다. 따라서, 제 2 시계방향 회전 변위부(130B)의 동작에 의해 회전축(120)을 일정 각도로 추가로 회전시킬 수가 있다.
이때, 도 4 및 도 5를 참조로 설명한 제 1 시계방향 회전 변위부(130A)와 제 2 시계방향 회전 변위부(130B)가 서로 교대로 동작을 하게 되면, 회전축(120)을 시계방향으로 무한 회전시킬 수가 있다.
다음, 도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무한 변위 발생장치에 의해 회전축(120)을 반시계방향으로 무한 회전시키는 작동 메커니즘을 설명한다.
도 6 및 도 7에 도시된 동작은 도 4 및 도 5를 참조로 설명한 것과 동작 방향이 반시계방향인 점이 다르고 동작 과정이 동일하므로, 이하 이와 관련된 동작의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
따라서, 본 발명에서와 같이 한 쌍의 회전 변위부(130A, 130B)를 구비하면, 제한된 선형 직선변위를 발생시키는 선형 액츄에이터를 이용하여 일 방향으로의 무한 회전변위를 생성시킬 수가 있고, 반대쪽 일 방향으로 회전시키는 한 쌍의 회전 변위부(130C, 130D)를 더 구비하면, 양 방향으로의 무한 회전변위를 생성시킬 수가 있다.
이하, 도 8 내지 도 12를 참조로 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무한 변위 발생장치를 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 일 방향으로의 무한 변위를 생성하는 무한 변위 발생장치의 사시도이고, 도 9는 본 발명에 따라 이동부의 동작에 의해 타이밍 벨트를 이동시키는 메커니즘을 설명하는 도면이고, 도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 양 방향으로의 무한 변위를 생성하는 무한 변위 발생장치의 사시도이고, 도 11은 도 10에 따라 실제 제작한 무한 변위 발생장치의 사진이고, 도 12는 도 10의 무한 변위 발생장치의 회전축에 회전체가 형성되어 무한 회전하는 모습을 도시하는 사시도이다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무한 변위 발생장치는 한 쌍의 제 1 타이밍 벨트(210a)와 제 2 타이밍 벨트(210b), 타이밍 벨트(210a, 210b)와 함께 치합하여 회전하는 타이밍 풀리(220a, 220b, 222a, 222b), 제 1 타이밍 벨트(210a)의 타이밍 풀리(220a, 222a)와 제 2 타이밍 벨트(210b)의 타이밍 풀리(220b, 222b)를 각각 연결하여 회전하는 상부 회전축(230), 하부 회전축(240) 및 제 1 타이밍 벨트(210a)와 제 2 타이밍 벨트(210b)에 각각 형성되는 이동부(250a, 250b, 250c, 250d)를 포함하여 구성될 수가 있다.
한 쌍으로 나란하게 배치되는 제 1 타이밍 벨트(210a)와 제 2 타이밍 벨트(210b)는 각각 상단부와 하단부에 타이밍 풀리(220a, 220b, 222a, 222b)가 치합하여 체결될 수가 있다. 따라서, 타이밍 벨트(210a, 210b)와 타이밍 풀리(220a, 220b, 222a, 222b)는 각각 연동하여 동작할 수가 있다.
후술하는 내용에서는, 제 1 타이밍 벨트(210a)의 상단부에 형성되는 타이밍 풀리를 제 1 상부 타이밍 풀리(220a)라고 하고, 제 1 타이밍 벨트(210a)의 하단부에 형성되는 타이밍 풀리를 제 1 하부 타이밍 풀리(222a)라고 칭하기로 한다. 또한, 제 2 타이밍 벨트(210b)의 상단부에 형성되는 타이밍 풀리를 제 2 상부 타이밍 풀리(220b)라고 하고, 제 2 타이밍 벨트(210b)의 하단부에 형성되는 타이밍 벨트를 제 2 하부 타이밍 풀리(222b)라고 칭하기로 한다.
이때, 제 1 타이밍 벨트(210a)와 치합되어 회전하는 제 1 상부 타이밍 풀리(220a)와 제 2 타이밍 벨트(210b)와 치합되어 회전하는 제 2 상부 타이밍 벨트(220b)의 회전 중심에는 상부 회전축(230)이 형성될 수가 있다. 마찬가지로, 제 1 타이밍 벨트(210a)와 치합되어 회전하는 제 1 하부 타이밍 풀리(222a)와 제 2 타이밍 벨트(210b)와 치합되어 회전하는 제 2 하부 타이밍 벨트(222b)의 회전 중심에는 하부 회전축(240)이 형성될 수가 있다.
따라서, 제 1 타이밍 벨트(210a)가 이동하여 제 1 상부 타이밍 풀리(220a) 및 제 1 하부 타이밍 풀리(222a)가 회전을 하면, 상부 회전축(230) 및 하부 회전축(240)이 회전하여 제 2 상부 타이밍 풀리(220b) 및 제 2 하부 타이밍 풀리(222b)를 회전시키고, 따라서 제 2 타이밍 벨트(210b)가 이동할 수가 있다. 즉, 본 발명에서 제 1 타이밍 벨트(210a)와 제 2 타이밍 벨트(210b)는 상하부의 타이밍 풀리(220a, 220b, 222a, 222b)에서 상부 회전축(230)과 하부 회전축(240)에 의해 상호 연결되므로, 두 타이밍 벨트(210a, 210b) 중 어느 하나가 일 방향으로 이동을 하면 나머지 타이밍 벨트(210a, 210b)도 함께 일 방향으로 이동하는 구조이다.
도 8에 도시된 제 1 이동부(250a)와 제 2 이동부(250b)는 각각 제 1 타이밍 벨트(210a)와 제 2 타이밍 벨트(210b)에 연결 형성되어 제 1 타이밍 벨트(210a)와 제 2 타이밍 벨트(210b)를 각각 일 방향으로 직선 이동시킨다. 이때, 제 1 이동부(250a)와 제 2 이동부(250b)에 의한 타이밍 벨트(210a, 210b)의 이동 범위에 한계가 있으나, 본 발명에서는 제 1 이동부(250a)와 제 2 이동부(250b)를 교대로 작동시켜 제 1 이동부(250a)와 제 2 이동부(250b)에 의한 타이밍 벨트(210a, 210b)의 직선 이동을 누적시켜 일 방향으로의 무한 이동 변위를 발생시킬 수가 있다. 이에 관한 자세한 설명은 후술하기로 한다.
도 9를 참조로, 이동부(250a, 250b, 250c, 250d)의 구조 및 이동부(250a, 250b, 250c, 250d)에 의한 동작 메커니즘을 상세하게 설명하기로 한다. 참고로, 전술한 도 8 및 도 10 내지 도 12에는 이동부(250a, 250b, 250c, 250d)의 구성은 도시되어 있지 않다.
도 8에서, 제 1 이동부(250a)와 제 2 이동부(250b)의 구조는 동일하므로, 이하 설명에서는 제 1 이동부(250a)의 구조를 중심으로 설명하기로 한다. 참고로, 후술할 제 3 이동부(250c) 및 제 4 이동부(250d)의 구조도 후술할 제 1 이동부(250a)의 구조와 동일하다.
제 1 이동부(250a)는 이동 프레임(251), 체결부(252), 및 구동부(256)를 포함하여 구성될 수가 있고, 탄성부(253) 및 추락 방지부(254)를 더 포함할 수가 있다.
이동 프레임(251)에는 제 1 타이밍 벨트(210a)가 관통하는 홀이 형성되어 있고, 따라서 이동 프레임(251)은 홀을 통해 제 1 타이밍 벨트(210a)를 따라 이동할 수가 있다. 후술하는 내용이지만 본 발명의 무한 변위 발생장치가 동작하는 동안, 이동 프레임(251)은 제 1 타이밍 벨트(210a)를 따라 소정의 고정된 범위 내의 위치에서 직선 왕복 이동을 할 수가 있다. 이동 프레임(251)의 하부에는 후술하는 탄성부(253)가 연결될 수가 있다.
체결부(252)는 이동 프레임(251)에 중앙부가 회동축(257)을 중심으로 회동 가능하게 결합되어 회동에 의해 체결부(252)의 단부가 제 1 타이밍 벨트(210a)의 음각의 홈에 체결되거나 체결이 해제되는 구성요소이다. 체결부(252)는 도시되어 있는 것과 같이 'L'자 형태를 띄는데, 체결부(252)의 회동에 의해 제 1 타이밍 벨트(210a)와의 체결과 체결해제가 가능하다면 형상은 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 체결부(252)에는 후술하는 추락 방지부(254) 및 탄성부(253)가 형성될 수가 있다.
구동부(256)는 상부에서 체결부(252)를 연결하여 체결부(252)를 소정의 범위 내에서 잡아당기도록 한다. 도 9에 도시되어 있는 것과 같이 체결부(252)의 타단부에는 구동부(256)의 움직임에 따라 이동하는 로프(255)가 연결될 수가 있는데, 따라서 구동부(256)에 의해 체결부(252)의 일단을 잡아당기거나 이완시킴으로써 체결부(252)를 소정 각도 범위 내에서 회동축(257)을 중심으로 회동시킬 수가 있다.
본 발명에서 구동부(256)는 TCA(twisted and coiled polymer actuator), 형상기억합금구동기(shape memory alloy actuator), 솔레노이드 액츄에이터(solenoid actuator), 압전 액츄에이터(piezoelectric actuator), 또는 절연성 탄성중합체 액츄에이터(dielectric elastomer actuator) 중 어느 하나일 수가 있는데, 이러한 선형 액츄에이터는 구동시키는 힘이 크나 구동변위가 상대적으로 작은 특징을 가진다. 본 발명에서는 이러한 구동 변위가 작은 선형 액츄에이터를 이용하여 무한의 변위를 생성시킬 수 있도록 한다. 본 발명에서 구동부(256)로 사용될 수 있는 선형 액츄에이터는 전술한 실시예에 한정되는 것은 아니고, 공지된 다른 선형 액츄에이터를 사용할 수 있음은 물론이다.
탄성부(253)는 이동 프레임(251)과 체결부(252)의 하부에서 고정단과 각각 연결되며 탄성력을 가지는 부재이다. 후술할 내용이지만, 구동부(256)에 의해 체결부(252)가 회동축(257)을 중심으로 반시계 방향으로 회동하거나 이동 프레임(251)이 상부로 이동하는 경우 고무와 같은 탄성부재로 형성된 탄성부(253)에 탄성 에너지가 저장될 수가 있다. 이때, 구동부(256)에 의해 체결부(252)를 잡아당기는 힘이 해제되거나 이완시키는 방향으로 이동하는 힘이 가해지는 경우 탄성부(253)에 의해 저장된 탄성 에너지에 의해 이동 프레임(251) 및 체결부(252)는 상부로 이동하거나 반시계 방향으로 회전하기 전의 최초 위치로 용이하게 복귀할 수가 있다.
이때, 이동 프레임(251)의 상부에 위치하는 고정단과 이동 프레임(251) 또는 체결부(252) 사이를 연결하며 이동 프레임(251)이 소정 범위 내에서 추락하는 것을 방지하도록 하는 띠 형태의 추락 방지부(254)를 구비할 수가 있다. 탄성부(253)의 탄성 에너지에 의해 이동 프레임(251)이 하부로 이동하더라도 이동 프레임(251)은 추락 방지부(254)에 의해 허용 범위 내에서만 하부의 최초 위치로 이동을 할 수가 있다.
제 1 이동부(250a)에 의한 동작 과정을 보다 자세히 설명을 하면 도 9의 (a)의 최초 상태에서 구동부(256)에 의해 체결부(252)의 일단을 서서히 잡아당기게 되면 체결부(252)가 회동축(257)을 중심으로 반시계 방향으로 회동하며 이동 프레임(251)과 함께 상승하게 된다. 이때, 도 9의 (b)에 도시되어 있는 것과 같이 체결부(252)의 타단부는 제 1 타이밍 벨트(210a)의 음각의 홈에 걸리게 된다.
이때, 구동부(256)가 체결부(252)의 일단부를 더욱더 잡아당기게 되면 도 9의 (c)에 도시되어 있는 것과 같이 타이밍 벨트에 체결부(252)가 걸려 치합된 상태로 제 1 타이밍 벨트(210a)와 함께 이동 프레임(251)이 상부로 이동하게 된다. 이때, 도 9의 (b)와 (c)의 과정을 거치는 동안 체결부(252)가 반시계 방향으로 회동하고 이동 프레임(251)이 상부로 이동함에 따라서, 탄성부(253)는 늘어나면서 탄성 에너지가 저장될 수가 있다.
다음, 구동부(256)에 의해 체결부(252)의 단부를 잡아당기는 힘을 제거하거나 이완시키는 방향(반대방향)으로 힘을 가하면 탄성부(253)에 있는 탄성 에너지에 의해 체결부(252)는 시계 방향으로 회동하며 이동 프레임(251)은 아래로 이동하게 된다. 이때, 추락 방지부(254)가 이동 프레임(251)이 아래로 이동하는 범위를 제한시켜 이동 프레임(251) 및 체결부(252)는 도 9의 (d)에 도시되어 있는 것과 같이 도 9의 (a)와 같은 최초의 위치로 이동하게 된다.
전술한 바와 같은 과정으로 제 1 이동부(250a)는 동작하는데, 본 발명에서 전술한 바와 같이 제 1 타이밍 벨트(210a)에 형성된 제 1 이동부(250a)와 제 2 타이밍 벨트(210b)에 형성된 제 2 이동부(250b)가 교대로 동작하도록 하여 제 1 타이밍 벨트(210a)와 제 2 타이밍 벨트(210b)를 일 방향으로 무한 회전시킬 수가 있다.
즉, 도 9에 도시되어 있는 과정으로 제 1 이동부(250a)를 이동시키면 제 1 타이밍 벨트(210a)가 이동하게 된다. 이때, 전술한 바와 같이 제 1 타이밍 벨트(210a)의 일 방향으로의 이동에 의해 타이밍 풀리(220a, 220b, 222a, 222b) 및 상부 및 하부 회전축(230, 240)의 회전으로 제 2 타이밍 벨트(210b)도 함께 일 방향으로 이동하게 된다. 이때, 제 2 이동부(250b) 도 9의 (a) 또는 (d)에서와 같이 에서는 체결부(252)가 제 2 타이밍 벨트(210b)와 체결되지 않는 상태를 유지하는 것이 바람직하다.
제 1 이동부(250a)의 구동부(256)에 의해 제 1 타이밍 벨트(210a)를 이동 범위까지 상부로 이동시킨 다음에는, 제 1 이동부(250a)의 구동부(256)에 의한 잡아당기는 힘을 해제하여 다시 최초 위치로 복귀시킴과 동시에 제 2 이동부(250b)의 구동부(256)를 동작시켜 제 2 타이밍 벨트(210b)를 상부로 이동시키게 된다. 따라서, 제 2 타이밍 벨트(210b)가 상부로 이동함에 따라서 전술한 것과 동일한 원리로 제 1 타이밍 벨트(210a)도 상부로 이동하게 된다.
이와 같이 제 1 이동부(250a)와 제 2 이동부(250b)의 동작과 해제를 반복하게 되면, 제 1 타이밍 벨트(210a)와 제 2 타이밍 벨트(210b)를 일 방향으로 무한 이동시킬 수가 있다.
도 10에 도시되어 있는 것과 같이 제 1 타이밍 벨트(210a)에 위치하는 제 1 이동부(250a)의 대향하는 위치에는 제 3 이동부(250c)가 도 9를 참조로 설명한 전술한 제 1 이동부(250a)의 구조와 동일한 구조로 형성될 수가 있고, 제 2 타이밍 벨트(210b)에 위치하는 제 2 이동부(250b)의 대향하는 위치에는 제 4 이동부(250d)가 마찬가지로 동일한 구조로 형성될 수가 있다. 이와 같은 제 3 이동부(250c)와 제 4 이동부(250d)는 한 쌍으로 작동을 하여 제 1 타이밍 벨트(210a)와 제 2 타이밍 벨트(210b)를 전술한 일 방향과 반대의 방향으로 무한 이동시킬 수가 있다.
즉, 본 발명에서는 제 1 이동부(250a)와 제 2 이동부(250b)가 한 쌍으로 교대로 작동하여 제 1 타이밍 벨트(210a) 및 제 2 타이밍 벨트(210b)를 일 방향으로 무한 이동시킬 수가 있고, 제 3 이동부(250c)와 제 4 이동부(250d)가 한 쌍으로 교대로 작동하여 제 1 타이밍 벨트(210a) 및 제 2 타이밍 벨트(210b)를 일 방향의 반대 방향으로 무한 이동시킬 수가 있다.
또한, 도 12에 도시되어 있는 것과 같이 상부 회전축(230) 또는 하부 회전축(240)에 회전체(260)를 형성하면 타이밍 벨트(210a, 210b)가 일 방향 또는 반대 방향으로 회전할 때 상부 회전축(230) 또는 하부 회전축(240)의 회전에 따라서 회전체(260)를 일 방향 또는 반대 방향으로 무한 회전시킬 수가 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

Claims (14)

  1. 회전가능하도록 지지되는 회전축; 및
    상기 회전축을 일 방향으로 일정 범위 회전시키는 회전 변위부를 포함하고,
    상기 회전 변위부는
    상기 회전축에 결합되어 상기 회전축과 함께 회전하는 래칫(ratchet) 기어;
    상기 회전축에 대해 자유 회전이 가능하게 상기 회전축에 장착되는 회전체;
    상기 회전체에 회동가능하게 결합되는 폴(pawl) 기어;
    상기 폴 기어에 연결되어 직선 변위에 의해 상기 폴 기어를 회전시켜 상기 폴 기어와 상기 래칫 기어가 결합하도록 하여 상기 래칫 기어를 회전시키는 구동부를 포함하며,
    상기 회전 변위부가 한 쌍으로 형성되어 제 1 회전 변위부와 제 2 회전 변위부의 구동부가 교대로 작동하여 상기 회전축을 일 방향으로 무한 회전시키는 무한 변위 발생장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전 변위부는
    상기 회전축과 상기 회전체 사이에 형성된 베어링을 더 포함하고, 상기 회전체는 상기 회전축에 대해 자유 회전이 가능한 무한 변위 발생장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전체의 일측면에는 홈이 형성되고, 상기 래칫 기어는 상기 홈 내부에 위치하는 무한 변위 발생장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전 변위부는
    상기 폴 기어와 상기 회전체를 연결하여 상기 구동부에 의한 외력이 제거되었을 때 탄성 에너지에 의해 상기 폴 기어를 회전시켜 상기 래칫 기어와 상기 폴 기어를 분리시키는 제 1 탄성밴드를 더 포함하는 무한 변위 발생장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전 변위부는
    상기 회전체와 연결하여 상기 회전체의 회전범위를 제한하는 제 2 탄성밴드를 더 포함하는 무한 변위 발생장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동부는 TCA(twisted and coiled polymer actuator), 형상기억합금구동기(shape memory alloy actuator), 솔레노이드 액츄에이터(solenoid actuator), 압전 액츄에이터(piezoelectric actuator), 또는 절연성 탄성중합체 액츄에이터(dielectric elastomer actuator) 중 어느 하나인 무한 변위 발생장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    각각 상기 회전축을 반대쪽 일 방향으로 일정 범위 회전시키는 한 쌍의 회전 변위부를 더 포함하는 무한 변위 발생장치.
  8. 한 쌍으로 나란히 배치되는 제 1 타이밍 벨트와 제 2 타이밍 벨트;
    상기 제 1 타이밍 벨트의 상단부와 하단부에 각각 상기 제 1 타이밍 벨트와 치합되어 체결되는 제 1 상부 타이밍 풀리 및 제 1 하부 타이밍 풀리와 상기 제 2 타이밍 벨트의 상단부와 하단부에 각각 상기 제 2 타이밍 벨트와 치합되어 체결되는 제 2 상부 타이밍 풀리 및 제 2 하부 타이밍 풀리;
    상기 제 1 상부 타이밍 풀리와 상기 제 2 상부 타이밍 풀리의 회전중심에 삽입되어 상기 제 1 상부 타이밍 풀리 또는 상기 제 2 상부 타이밍 풀리의 회전에 의해 회전하는 상부 회전축;
    상기 제 1 하부 타이밍 풀리와 상기 제 2 하부 타이밍 풀리의 회전중심에 삽입되어 상기 제 1 하부 타이밍 풀리 또는 상기 제 2 하부 타이밍 풀리의 회전에 의해 회전하는 하부 회전축; 및
    상기 제 1 타이밍 벨트와 상기 제 2 타이밍 벨트에 각각 형성되어 상기 제 1 타이밍 벨트와 상기 제 2 타이밍 벨트를 각각 일 방향으로 일정 범위 이동시키는 제 1 이동부와 제 2 이동부를 포함하며,
    상기 제 1 이동부와 상기 제 2 이동부를 교대로 작동하여 상기 제 1 타이밍 벨트와 상기 제 2 타이밍 벨트를 상기 일 방향으로 무한 이동시키는 무한 변위 발생장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 이동부와 상기 제 2 이동부는 각각
    상기 제 1 타이밍 벨트 또는 상기 제 2 타이밍 벨트가 관통하는 홀이 형성되는 이동 프레임;
    상기 이동 프레임에 회동 가능하게 결합되며, 회동에 의해 일단부가 상기 제 1 타이밍 벨트 또는 상기 제 2 타이밍 벨트와의 체결 또는 체결해제가 가능한 체결부; 및
    상부에서 상기 체결부의 타단부를 소정 범위 내에서 잡아당기는 구동부를 포함하는 무한 변위 발생장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 구동부가 상기 체결부를 잡아당길 때, 상기 체결부의 단부는 상기 제 1 타이밍 벨트 또는 상기 제 2 타이밍 벨트와 체결하여 상기 제 1 타이밍 벨트 또는 상기 제 2 타이밍 벨트를 이동시키는 무한 변위 발생장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    하부에서 상기 이동 프레임 및 상기 체결부에 각각 연결되어 상기 구동부에 의해 잡아당기는 힘이 해제되었을 때 상기 이동 프레임과 상기 체결부를 최초 위치로 이동 및 회동시키는 탄성부를 더 포함하는 무한 변위 발생장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상부에서 상기 이동 프레임 또는 상기 체결부에 연결되어 상기 이동 프레임의 추락을 방지하는 추락 방지부를 더 포함하는 무한 변위 발생장치.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 구동부는 TCA(twisted and coiled polymer actuator), 형상기억합금구동기(shape memory alloy actuator), 솔레노이드 액츄에이터(solenoid actuator), 압전 액츄에이터(piezoelectric actuator), 또는 절연성 탄성중합체 액츄에이터(dielectric elastomer actuator) 중 어느 하나를 포함하는 무한 변위 발생장치.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 타이밍 벨트와 상기 제 2 타이밍 벨트에 각각 형성되어 상기 제 1 타이밍 벨트와 상기 제 2 타이밍 벨트를 각각 상기 일 방향의 반대쪽 타 방향으로 일정 범위 이동시키는 제 3 이동부와 제 4 이동부를 더 포함하며,
    상기 제 3 이동부와 상기 제 4 이동부를 교대로 작동하여 상기 제 1 타이밍 벨트와 상기 제 2 타이밍 벨트를 상기 타 방향으로 무한 이동시키는 무한 변위 발생장치.
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