KR100718459B1 - Spherical motor device - Google Patents

Spherical motor device Download PDF

Info

Publication number
KR100718459B1
KR100718459B1 KR1020020035901A KR20020035901A KR100718459B1 KR 100718459 B1 KR100718459 B1 KR 100718459B1 KR 1020020035901 A KR1020020035901 A KR 1020020035901A KR 20020035901 A KR20020035901 A KR 20020035901A KR 100718459 B1 KR100718459 B1 KR 100718459B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
spherical
motor device
spherical motor
casing
piezoelectric ceramic
Prior art date
Application number
KR1020020035901A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20040004727A (en
Inventor
정중기
성하경
임태빈
이종배
김영욱
이성호
Original Assignee
전자부품연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 전자부품연구원 filed Critical 전자부품연구원
Publication of KR20040004727A publication Critical patent/KR20040004727A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100718459B1 publication Critical patent/KR100718459B1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/103—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors by pressing one or more vibrators against the rotor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J17/00—Joints
    • B25J17/02—Wrist joints
    • B25J17/0258—Two-dimensional joints
    • B25J17/0275—Universal joints, e.g. Hooke, Cardan, ball joints
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B13/00—Burglar, theft or intruder alarms
    • G08B13/18—Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength
    • G08B13/189—Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength using passive radiation detection systems
    • G08B13/194—Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength using passive radiation detection systems using image scanning and comparing systems
    • G08B13/196—Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength using passive radiation detection systems using image scanning and comparing systems using television cameras
    • G08B13/19617—Surveillance camera constructional details
    • G08B13/19619—Details of casing
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B13/00—Burglar, theft or intruder alarms
    • G08B13/18—Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength
    • G08B13/189—Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength using passive radiation detection systems
    • G08B13/194—Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength using passive radiation detection systems using image scanning and comparing systems
    • G08B13/196—Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength using passive radiation detection systems using image scanning and comparing systems using television cameras
    • G08B13/19617—Surveillance camera constructional details
    • G08B13/19632—Camera support structures, e.g. attachment means, poles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/0005—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
    • H02N2/001—Driving devices, e.g. vibrators
    • H02N2/002—Driving devices, e.g. vibrators using only longitudinal or radial modes
    • H02N2/0025—Driving devices, e.g. vibrators using only longitudinal or radial modes using combined longitudinal modes
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/108—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors around multiple axes of rotation, e.g. spherical rotor motors
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/58—Means for changing the camera field of view without moving the camera body, e.g. nutating or panning of optics or image sensors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

본 발명은 구 형상을 하고 3차원적인 이동 제어를 할 수 있는 구면모터 장치에 있어서, 속이 빈 구 형상의 양측면이 절단된 형상의 외부 케이싱; 움직이고자 하는 대상물체를 지지하는 구 형상 가동부; 구 형상 가동부를 구동시키는 엑츄에이터부; 가동부가 3차원적으로 움직일 때에 외부 케이싱과 원활한 구름 접촉을 위한 볼; 볼의 위치를 유지시켜 주는 리테이너; 리테이너의 위치가 케이싱의 범위를 벗어나지 않도록 케이싱의 홈과 연결되어 지지해 주는 핀; 및 상기 전체 구조물을 지지하기 위한 지지대를 포함함을 특징으로 하는 구면모터 장치로써, 압전세라믹의 변형에 따른 접촉력을 이용하여 pan, tilt, 회전 동작이 가능하도록 하였으며 타 구면모터 장치에 비하여 엑츄에이터가 차지하는 면적이 작아서 큰 회전각도를 얻을 수 있으며 초음파 영역에서 구동하므로 발생소음이 종래에 비하여 적으며 또한 저속 큰 토오크 구동이 가능하므로 감속기가 불필요하여 부피를 줄일 수 있다. 따라서 보안 감시용 소형 추적 카메라, 로봇 관절 엑츄에이터 등에 활용 할 수 있다.
The present invention provides a spherical motor device having a spherical shape and capable of three-dimensional movement control, the spherical motor device comprising: an outer casing in which both sides of a hollow spherical shape are cut; A spherical movable portion supporting an object to be moved; An actuator portion for driving a spherical movable portion; A ball for smooth rolling contact with the outer casing when the movable portion moves in three dimensions; A retainer for maintaining the position of the ball; A pin connected to and supported by the groove of the casing so that the position of the retainer does not exceed the range of the casing; And a support for supporting the entire structure, wherein the spherical motor device enables pan, tilt, and rotational motions by using a contact force according to the deformation of the piezoelectric ceramic. Since the area is small, a large rotation angle can be obtained, and the driving noise is reduced in the ultrasonic range, so that the generated noise is smaller than that of the related art, and a large torque can be driven at a low speed. Therefore, it can be used for small surveillance cameras and robot joint actuators for security surveillance.

구면모터, 압전세라믹, 팬, 틸트.Spherical motor, piezoceramic, pan, tilt.

Description

구면모터 장치{Spherical motor device} Spherical motor device             

제 1도는 종래의 구면모터 장치의 구조도이다.1 is a structural diagram of a conventional spherical motor device.

제 2도는 본 발명에 따른 구면모터 장치의 외관 구조도이다.2 is an external structural diagram of a spherical motor device according to the present invention.

제 3도는 본 발명에 따른 구면모터 장치의 단면 구조도이다.3 is a cross-sectional structural view of the spherical motor device according to the present invention.

제 4도는 본 발명에 따른 구면모터 장치 중 볼, 리테이너, 핀 등의 결합구조도이다.4 is a coupling structure diagram of a ball, a retainer, a pin, etc. of the spherical motor device according to the invention.

제 5도는 본 발명에 따른 구면모터 장치 중 엑츄에이터부의 결합구조도이다.5 is a coupling structure diagram of the actuator part of the spherical motor device according to the present invention.

제 6도는 본 발명에 따른 구면모터 장치 중 엑츄에이터의 구동 드라이버 블록도이다.6 is a block diagram of a driving driver of the actuator of the spherical motor device according to the present invention.

제 7도는 본 발명에 따른 구면모터 장치 중 엑츄에이터의 동작원리도이다.
7 is an operation principle of the actuator of the spherical motor device according to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명><Code Description of Main Parts of Drawing>

10 : 케이싱 11 : 볼         10 casing 11: ball

12 : 리테이너 13 : 핀         12: retainer 13: pin

20 : 가동부 30 : 엑츄에이터부         20: movable part 30: actuator part

31 : 돌기 32 : 탄성체          31: projection 32: elastic body                 

33 : 압전세라믹 34 : 받침대         33: piezoceramic 34: pedestal

35 : 스프링 36 : 멈춤나사         35: spring 36: set screw

40 : 함수발생기 50 : 증폭기         40: function generator 50: amplifier

60 : 사인파 발생부(sin ωt) 70 : 코사인파 발생부(cos ωt)         60: sine wave generator (sin ωt) 70: cosine wave generator (cos ωt)

80 : 지지대 91 : 형상지지대         80: support 91: shape support

92 : 슬라이더 93 : 패턴치부
92: slider 93: pattern teeth

본 발명은 구면모터 장치에 관한 것으로서 압전 세라믹의 변형에 따른 접촉력을 이용하여 팬-틸트(pan-tilt) 동작을 보다 우수하게 일으킬 수 있도록 함으로써 카메라의 팬-틸트용 엑츄에이터(actuator) 등으로 사용할 수 있는 구면모터 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 종래의 구면모터 장치에 비하여 큰 구동범위를 가질 수 있으며 발생소음을 줄일 수 있고 작은 부피에서도 높은 토오크를 발생시킬 수 있어 소형화가 가능한 카메라 팬-틸트용 구면모터 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a spherical motor device, which can be used as an actuator for a pan-tilt of a camera by using a contact force according to deformation of a piezoelectric ceramic to produce a pan-tilt operation more excellently. A spherical motor device is provided. In addition, the present invention relates to a spherical motor device for a camera pan-tilt which can have a larger driving range compared to the conventional spherical motor device and can reduce the noise generated and generate high torque even in a small volume.

일반적으로 감시, 보안용 카메라 또는 로봇의 관절용 엑츄에이터에 쓰일 수 있는 장치로써, 구의 표면상을 자유롭게 3차원적으로 이동 제어할 수 있는 구면모터 장치가 사용되어 왔었다. 이러한 구면모터의 활용가능성은 점점 늘고 있는 추세이며 더불어 기술적인 진보도 병행해 나아가야 할 것이다. In general, as a device that can be used for surveillance, security cameras or joint actuators of robots, spherical motor devices that can freely move and control three-dimensionally on the surface of a sphere have been used. The availability of such spherical motors is increasing, and technical progress must be made in parallel.                         

종래의 구면모터 장치에 사용되어진 기술은 주로 자석과 코일을 이용하여 힘을 발생시키는 방식을 이용하여 왔다. 이러한 종래기술에서 사용되어진 그 구조를 살펴 보면, 평면 리니어(linear) 모터를 응용하여 구면화 했음을 알 수 있다. 즉 평면 고정자에 자속이 잘 통하는 재질을 사용하고 X, Y방향에 균일한 간격의 골을 만들어 가동자의 자석과 상호작용으로 자기저항(reluctance)력이 발생하여 스텝모터와 같이 일정위치에 안정되는 원리로서, 가동자에 감겨있는 여자코일을 이용하여 이를 통전시켜 가동자의 자속을 변화시킴으로서 동작할 수 있도록 하는 이러한 방식은 평면 리니어 모터에서 흔히 볼 수 있다.The technology used in the conventional spherical motor device has been mainly used to generate a force by using a magnet and a coil. Looking at the structure used in this prior art, it can be seen that it is spherical by applying a planar linear motor. That is, the principle that the magnetic flux is applied to the flat stator and the valleys are evenly spaced in the X and Y directions to generate the magnetoresistance force by interacting with the magnet of the mover to stabilize at a certain position like the step motor As an example, such a method of allowing the coil to be energized by using an excitation coil wound around the mover to operate by changing the flux of the mover is common to a planar linear motor.

도 1에서는 상기의 원리를 응용한 방식의 예를 볼 수 있다. 구 모양의 형상지지대(91)의 표면에 어떤 입체각에 대하여 일정한 규칙성을 가진 돌기모양의 패턴치부(93)를 거의 전체 구 표면에 걸쳐 배치시키며 이러한 패턴치부(93)에 대하여 일정한 간격(예를 들어 0.1~0.3mm정도)의 공간상에 구동부 슬라이더(92)를 원활한 이동이 가능하도록 하는 상태로 배치시킨 구조로써, 구 모양의 형상지지대(91)위에서 자유롭게 3차원적으로 구동부 슬라이더(92)를 이동 제어할 수 있다. 또한 구동부 슬라이더(92)를 패턴치부(93)와 동심으로 하여 자석의 극을 임의의 패턴으로 제어함으로써, 구 표면상에 있는 패턴치부(93)의 피치 Px', Py'를 임의로 선택하는 것이 가능하다. 즉 상기 패턴을 구의 중심으로부터 일정 입체각으로 하여 그 입체각에 해당하는 구 표면을 결정함으로써 구 표면 전역으로 움직일 수 있게 한 구면모터이다.In Figure 1 you can see an example of the method applying the above principle. On the surface of the spherical shape support 91, protrusion pattern tooth 93 having a regularity with respect to a solid angle is disposed over almost the entire spherical surface, and a predetermined distance (for example) For example, the drive unit slider 92 is disposed in a state of allowing a smooth movement of the drive unit slider 92 in a space of about 0.1 to 0.3 mm, and the drive unit slider 92 is three-dimensionally freely formed on a spherical shape support 91. You can control the movement. Further, by controlling the pole of the magnet in an arbitrary pattern with the drive slider 92 concentric with the pattern teeth 93, the pitches Px 'and Py' of the pattern teeth 93 on the spherical surface can be arbitrarily selected. Do. That is, it is a spherical motor which makes it possible to move over the sphere surface by determining the sphere surface corresponding to the solid angle by setting the pattern as a constant solid angle from the center of the sphere.

일본의 특허공개공보 제59-162762호에서는 상기에 설명한 바와 같이 전자기 력을 이용한 구면모터로서 자기저항력을 발생하기 위한 구면의 복잡한 형상으로 구성됨을 볼 수 있고 미국특허 제5,410,232호에서도 역시 전자기력을 이용한 구면모터 구조임을 볼 수 있다.In Japanese Patent Laid-Open No. 59-162762, it can be seen that as a spherical motor using electromagnetic force, as described above, it is composed of a complicated shape of a spherical surface for generating magnetoresistance, and US Patent No. 5,410,232 also uses a spherical surface using electromagnetic force. It can be seen that the motor structure.

이러한 전자기력을 이용하는 구면모터 구조들에서는 구면의 반 이상에 자석을 배치하던지 아니면 별도의 복잡한 형상을 만들어 주어야 하는 문제점이 있다. 또하나 고정자의 구면은 평면 리니어 모터의 베이스 표면과 같이 요철 형상으로 가공됨과 동시에 구면과 같이 만들어져야 하는데, 이는 가공이 힘들고 복잡할 뿐 아니라 가공 불량 가능성이 높다. 그리고 가동부의 슬라이더가 고정자의 구 표면에서 일정 간격으로 떠서 원활히 움직이려면 회전하는 중심에 고정자와 가동부의 슬라이더를 연결하는 또 다른 구 형상의 조인트가 필요하게 된다. 이러한 형상은 가공이 쉽지 않을 뿐 아니라 조립과정도 어렵다는 문제점이 있다. 더욱이 전자기력을 이용하고 감속기를 사용하지 않기 때문에 토오크의 크기에 한계가 있으며 토오크를 크게 하기 위해서는 필연적으로 부피가 커져야 한다는 문제점도 있다.
In spherical motor structures using these electromagnetic forces, there is a problem in that magnets are placed on more than half of the spherical surface, or a separate complicated shape must be made. In addition, the spherical surface of the stator should be processed into a concave-convex shape like the base surface of a planar linear motor, and at the same time, it should be made as a spherical surface. In order for the slider of the movable part to float smoothly at regular intervals on the surface of the stator, another spherical joint that connects the slider of the stator and the movable part to the rotating center is required. Such a shape is not only easy to process but also difficult to assemble. Moreover, there is a limit to the magnitude of the torque because it uses electromagnetic force and does not use the reducer, and there is also a problem that the volume must be large in order to increase the torque.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 압전세라믹의 변형에 따라 발생하는 큰 힘을 접촉력으로 이용하여 팬-틸트 동작이 가능하도록 하였으며, 타 구면모터 장치에 비하여 엑츄에이터가 차지하는 부피를 줄임으로써 큰 구동범위를 얻을 수 있도록 하였고, 초음파 영역에서 구동하므로 발생소음을 종래에 비하여 대폭 감소시켰으며, 또한 저속 고 토오크 구동이 가능하므로 감속기를 제거하여 부피를 줄임으로써 소형화된 구면모터 장치를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
The present invention has been made to solve the problems described above, by using a large force generated by the deformation of the piezoelectric ceramic as a contact force to enable the pan-tilt operation, the volume occupied by the actuator as compared to other spherical motor device It is possible to obtain a large driving range by reducing, and to reduce the generated noise significantly compared to the conventional one by driving in the ultrasonic range, and also to reduce the volume by eliminating the reducer to reduce the volume. It is an object of the present invention to provide.

상술한 목적들을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 구면모터 장치는 구 형상을 하고 3차원적인 이동 제어를 할 수 있는 모터 장치에 있어서, 속이 빈 구 형상의 양측면이 절단된 형상의 외부 케이싱(10); 움직이고자 하는 대상물체인 카메라 등을 지지하는 구 형상 가동부(20); 구 형상 가동부(20)를 구동시키는 엑츄에이터부(30); 가동부가 3차원적으로 움직일 때에 외부 케이싱(10)과 원활한 구름 접촉을 위한 볼(11); 볼(11)의 위치를 유지시켜 주는 리테이너(12); 리테이너(12)의 위치가 케이싱(10)의 두 홈과 연결되어 지지해 주는 핀(13); 상기 전체 구조물을 지지하기 위한 지지대(80)로 이루어져 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a spherical motor device according to the present invention, which includes a spherical shape and a three-dimensional movement control, comprising: an outer casing (10) in which both sides of a hollow spherical shape are cut; A spherical movable portion 20 for supporting a camera or the like which is an object to be moved; An actuator part 30 for driving the spherical movable part 20; A ball 11 for smooth rolling contact with the outer casing 10 when the movable portion moves in three dimensions; A retainer 12 which maintains the position of the ball 11; A pin 13 for supporting the position of the retainer 12 in connection with the two grooves of the casing 10; It consists of a support 80 for supporting the entire structure.

본 발명에 따른 구면모터 장치는 움직이고자 하는 대상물체인 카메라 등을 지지하는 구 형상의 부분이 가동부(20)이며 가동부(20)를 구동시키는 구동부는 압전세라믹(33)의 동작에 의해 결정되어지는 엑츄에이터부(30)이다. 이에 비해, 종래기술에서는 슬라이더(92)가 본 발명의 가동부(20)에 해당하며 감겨진 여자코일의 자속을 변화시키는 수단 등을 갖춘 내부장치와 어떤 입체각 내에 대하여 일정 규칙성을 가지고 구 모양 형상지지대(91)의 거의 전 표면에 걸쳐서 배치된 돌기상의 패턴치부(93) 등이 엑츄에이터부(30)에 해당한다. 이러한 상이한 차이점이 있으며 이로 인한 본 발명의 기술적인 효과는 압전 세라믹을 이용하여 한 지점에서 팬-틸트 방향으로 자유자재로 동작시킬 수 있으며 동작 범위를 크게 할 수 있으므로 감시, 보안 카메라용 등으로 사용될 경우 더욱 효과적이며 엑츄에이터(30)의 크기가 작아서 전체 크기를 줄일 수 있으며 접촉식이므로 자기저항을 이용하는 종래의 구면모터에 비해 큰 토오크가 발생한다는 점이다.In the spherical motor device according to the present invention, the spherical portion supporting the camera, which is the object to be moved, is the movable part 20, and the driving part for driving the movable part 20 is an actuator determined by the operation of the piezoelectric ceramic 33. Part 30. In contrast, in the prior art, the slider 92 corresponds to the movable portion 20 of the present invention, and has an internal device with a means for changing the magnetic flux of the wound excitation coil and the like and a spherical shape support having a certain regularity within a certain solid angle. The protruding pattern tooth 93 and the like disposed over almost the entire surface of the 91 correspond to the actuator portion 30. There is such a different difference, and the technical effect of the present invention is that the piezoelectric ceramic can be operated freely in one direction in the pan-tilt direction and the operating range can be increased, so that it can be used for surveillance and security cameras. The more effective and smaller the size of the actuator 30 can reduce the overall size and is a contact type, so that a large torque is generated compared to the conventional spherical motor using a magnetoresistance.

본 발명의 상기 목적을 달성하기 위한 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Preferred embodiments for achieving the above object of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제 2도는 본 발명에 따른 구면모터 장치의 외관 구조도이며 외부 케이싱(10) 안에 구 형상 가동부(20)가 위치함을 볼 수 있다. 외부 케이싱(10)은 속이 빈 구 형상이며 양측면이 절단된 형상이므로 가동부(20)에 설치되는 움직이고자 하는 대상물체가 자유롭게 움직이도록 할 수 있고 동작범위를 크게 할 수 있다. 구 형상 가동부(20)는 움직이고자 하는 대상물체인 카메라 등을 지지하는 역할을 한다.2 is an external structural diagram of the spherical motor device according to the present invention and it can be seen that the spherical movable part 20 is located in the outer casing 10. Since the outer casing 10 has a hollow sphere shape and both sides are cut, the object to be installed on the movable part 20 can move freely and the operating range can be increased. The spherical movable portion 20 serves to support the camera, such as the object to be moved.

제 3도는 본 발명에 따른 구면모터 장치의 단면 구조도이며 내부에 설치된 작은 크기의 엑츄에이터부(30), 케이싱(10)과 가동부(20)사이에 위치한 볼(11), 핀(13), 리테이너(12), 전체 구조물을 지지하기 위한 지지대(80)를 볼 수 있다. 볼(11)은 외부 케이싱(10)과 원활한 구름 접촉을 하기 위해 설치되며 리테이너(12)에 의해 위치가 고정되어 진다. 리테이너(12)는 케이싱(10)과의 견고한 연결을 위해 두 점에서 핀(13)으로 지지되어 있다.3 is a cross-sectional structural view of the spherical motor device according to the present invention, the small size of the actuator unit 30 installed therein, the ball 11, pin 13, retainer (located between the casing 10 and the movable portion 20) 12), the support 80 for supporting the entire structure can be seen. The ball 11 is installed for smooth rolling contact with the outer casing 10 and is fixed in position by the retainer 12. The retainer 12 is supported by pins 13 at two points for a firm connection with the casing 10.

제 4도는 제 3도에서 볼 수 있는 볼(11)과 리테이너(12)와 핀(13)이 케이싱(10)과 가동부(20) 사이에서 어떻게 조립되어지는지를 나타낸 결합구조도이다. 케이싱(10)과 리테이너(12)는 핀(13)에 의해 지지됨을 쉽게 알 수 있으며 케이 싱(10)과 가동부(20)가 원활한 구름 접촉을 할 수 있도록 리테이너(12)에 의해 위치가 고정되는 볼(11)이 설치됨을 쉽게 알 수 있다.4 is a coupling structure diagram showing how the ball 11, the retainer 12, and the pin 13 as shown in FIG. 3 are assembled between the casing 10 and the movable part 20. It is easy to see that the casing 10 and the retainer 12 are supported by the pins 13 and the position is fixed by the retainer 12 so that the casing 10 and the movable part 20 can make smooth rolling contact. It can be easily seen that the ball 11 is installed.

제 5도는 본 발명에 따른 구면모터 장치 중 엑츄에이터부(30)의 결합구조도이다. 반구 모양의 돌기(31)가 설치된 십자형의 탄성체(32)가 맨 위에 위치하며 십자형 탄성체(32)의 각 끝단의 아래쪽에는 적층형 압전 세라믹(33)이 4군데에 설치되어 있으며 4개의 적층형 압전세라믹(33)을 받치는 받침대(34)가 있으며 그 밑에 예압용 스프링(35)과 멈춤나사(36)가 차례로 설치되어 있다. 4개의 적층형 압전세라믹(33)에 의해 전달되는 전기신호는 반구 모양의 돌기(31)로 전달되어 구 형상 가동부(20)와 점 접촉을 함으로써 구 형상 가동부(20)가 동작하게 된다. 4개의 적층형 압전세라믹(33)은 2개씩 한 조를 이루어 동작하게 되는데, 한 조의 압전세라믹에서 하나는 사인파형(sin ωt)의 증폭된 전기 신호를 받고 다른 하나는 위상이 90도가 다른 코사인파형(cos ωt)의 증폭된 전기 신호를 받게끔 구성되어 한 조의 압전 세라믹이 한 방향의 이동 운동을 발생할 수 있으며, 두 조의 압전세라믹으로서 2방향의 운동을 기본적으로 할 수 있고, 이를 조합하여 회전방향의 운동을 발생할 수 있게끔 구성되어 있다. 받침대(34)는 예압용 스프링(35)을 쉽게 설치할 수 있게끔 중앙부에 원통형상의 돌기가 형성되어 있다. 예압용 스프링(35)은 압전세라믹(33)에 주어지는 전기 신호에 의한 엑츄에이터부(30)의 동작을 유연한 탄성력으로 받쳐주는 역할을 한다. 멈춤나사(36)는 이렇게 구성된 엑츄에이터부(30)의 부품을 케이싱(10)에 조립하는 역할과 함께 예압용 스프링(35)에 적당한 힘을 가할 수 있도록 외주부에 스크류가 형성되어 있다. 5 is a coupling structure diagram of the actuator unit 30 of the spherical motor device according to the present invention. A cross-shaped elastic body 32 having a hemispherical protrusion 31 is disposed on the top thereof, and four stacked piezoelectric ceramics 33 are provided at the bottom of each end of the cross-shaped elastic body 32 and four stacked piezoelectric ceramics ( 33) is a support 34, and a preload spring 35 and a set screw 36 are sequentially installed below. The electrical signals transmitted by the four stacked piezoelectric ceramics 33 are transmitted to the hemispherical protrusions 31 to make point contact with the spherical movable parts 20 to operate the spherical movable parts 20. The four stacked piezoelectric ceramics 33 operate in pairs of two. In one set of piezoelectric ceramics, one receives a sinusoidal amplified electric signal (sin ωt) and the other has a cosine waveform having a different phase of 90 degrees. cos ωt) is configured to receive the amplified electric signal, a set of piezoelectric ceramics can generate a movement in one direction, two sets of piezoelectric ceramics can basically perform a two-way movement, in combination It is configured to cause exercise. Pedestal 34 is formed with a cylindrical projection in the center so that the pre-loading spring 35 can be easily installed. The preload spring 35 serves to support the operation of the actuator part 30 by the electrical signal given to the piezoelectric ceramic 33 with a flexible elastic force. The stop screw 36 has a role in assembling the components of the actuator unit 30 configured as described above to the casing 10, and a screw is formed at the outer circumference so as to apply an appropriate force to the preload spring 35.                     

제 6도는 본 발명에 따른 구면모터 장치 중 엑츄에이터의 구동 드라이버 블록도이다. 함수발생기(40, function generator)에서 발생되는 신호는 사인파 발생부(60, sin ωt)와 코사인파 발생부(70, cos ωt)로 각각 나뉘어져 증폭기(50)를 통해 증폭되고 압전세라믹(33)에 전달된다.6 is a block diagram of a driving driver of the actuator of the spherical motor device according to the present invention. The signal generated by the function generator 40 is divided into a sine wave generator 60 and sin ωt and a cosine wave generator 70 and cos ωt, respectively, amplified by the amplifier 50 and supplied to the piezoelectric ceramic 33. Delivered.

제 7도는 본 발명에 따른 구면모터 장치 중 엑츄에이터부(30)의 동작원리도이다. 4개의 적층형 압전세라믹(33)은 2개씩 한 조를 이루어 동작하게 되는데 함수발생기(40, function generator)에서 발생되는 신호는 사인파 발생부(60, sin ωt)와 코사인파 발생부(70, cos ωt)로 각각 나뉘어져 증폭기(50)를 통해 증폭되고 압전세라믹(33)에 전달된다. 2개의 압전세라믹으로 구성된 한 조의 압전세라믹에서 한 개의 압전세라믹에 사인파형(sin ωt)의 증폭된 전기 신호를 내보내고 다른 한 개의 압전세라믹에는 위상이 90도가 다른 코사인파형(cos ωt)의 증폭된 전기 신호를 내보내게 되면 한 조로 구성된 압전세라믹(33)에 의하여 탄성체(32)의 변형이 생기면서 탄성체(32)위에 있는 접촉 돌기(31)가 시간에 따라서 타원 운동을 하게 되며, 여기에 점 접촉으로 닿아있는 가동부(20)가 이를 따라서 움직이게 되는 것이다. 그림을 보면 한 조의 압전세라믹에 의하여 변형이 생기는 탄성체(32)의 접촉돌기(31)가 시간에 따라서 타원 운동을 하는 것을 알 수 있다. 이러한 원리를 이용하여 십자형상 탄성체(32)에 서로 직각으로 설치된 다른 한 조의 압전세라믹도 같은 운동을 할 수 있으므로 가동부(20)는 pan-tilt 방향으로 각각 움직일 수 있게 된다. 또한 동시에 두 조의 압전세라믹을 구동시키면 임의의 방향으로 동작이 가능하므로 결과적으로 팬(pan), 틸트(tilt), 회전의 3차원 운동을 자유롭게 할 수 있 게 되는 것이다.7 is an operation principle of the actuator unit 30 of the spherical motor device according to the present invention. The four stacked piezoelectric ceramics 33 operate in pairs of two, and the signals generated by the function generator 40 are sine wave generator 60 (sin ωt) and cosine wave generator 70 (cos ωt). Are each divided into amplified by the amplifier (50) and transmitted to the piezoelectric ceramic (33). A set of piezoelectric ceramics composed of two piezoelectric ceramics outputs a sinusoidal (sin ωt) amplified electrical signal to one piezoceramic and a cosine waveform (cos ωt) of amplified electrical phase of 90 degrees to the other piezoelectric ceramic. When the signal is sent out, the elastic body 32 is deformed by the piezoelectric ceramic 33 composed of a pair, and the contact protrusion 31 on the elastic body 32 performs an elliptic motion with time. The movable part 20 which is in contact will move along it. Looking at the picture, it can be seen that the contact protrusion 31 of the elastic body 32, which is deformed by a set of piezoelectric ceramics, performs elliptic motion with time. By using this principle, the piezoceramic of another set installed at right angles to the cross-shaped elastic body 32 can perform the same motion, and thus the movable parts 20 can move in the pan-tilt direction, respectively. In addition, if two sets of piezoelectric ceramics are driven at the same time, they can be operated in any direction, and as a result, the three-dimensional motion of pan, tilt, and rotation can be freed.

본 발명은 외부의 케이싱(10)이 고정되고 구 형상의 가동부(20)가 움직이는 형태로 되어 있다. 이러한 본 발명의 다른 실시 예는 엑츄에이터부(30)를 구 형상의 가동부(20)의 내부로 넣어 가동부(20)가 고정되고 외부의 케이싱(10)을 움직여 가동시키는 경우도 가능하다. 즉, 부피는 작고 토오크는 크게 발생시킬 수 있는 장점을 갖는 엑츄에이터부(30)를 이용하기 때문에 사용할 수 있는 용도에 맞추어 자유롭게 변형이 가능한 것이다.
According to the present invention, the outer casing 10 is fixed and the spherical movable portion 20 moves. According to another embodiment of the present invention, the actuator part 30 may be inserted into the spherical movable part 20 so that the movable part 20 is fixed and the external casing 10 is moved. That is, since the volume is small and the torque is used, the actuator part 30 having the advantage of generating a large amount can be freely deformed according to the intended use.

본 발명에 따른 구면모터 장치는 압전세라믹을 이용하여 한 지점에서 팬, 틸트, 회전 방향의 3차원적인 자유로운 움직임을 동작시킬 수 있고, 엑츄에이터의 크기가 작으므로 전체 크기를 줄여 소형화 할 수 있으며, 접촉식이므로 자기저항을 이용한 다른 구면모터에 비해 큰 토오크를 발생시킬 수 있으며, 초음파 영역에서 작동하므로 소음이 적고 구조상 동작의 범위를 크게 할 수 있다. 따라서 보안 감시용 소형 추적 카메라, 로봇 관절 엑츄에이터 등에 활용 할 수 있다.
The spherical motor device according to the present invention can operate a three-dimensional free movement of the pan, tilt, rotation direction at a point by using the piezoceramic, the actuator size is small, can be reduced in size by reducing the overall size, contact Since it is an equation, it can generate a larger torque than other spherical motors using magnetoresistance, and because it operates in the ultrasonic region, it can reduce the noise and increase the range of structural operation. Therefore, it can be used for small surveillance cameras and robot joint actuators for security surveillance.

Claims (10)

구 형상을 하고 3차원적인 이동 제어를 할 수 있는 구면모터 장치에 있어서,In the spherical motor device that can form a sphere and control three-dimensional movement, 속이 빈 구 형상의 양측면이 절단된 형상의 외부 케이싱(10);An outer casing 10 in which both sides of the hollow spherical shape are cut; 움직이고자 하는 대상물체를 지지하는 구 형상 가동부(20); 및A spherical movable portion 20 for supporting an object to be moved; And 구 형상 가동부(20)를 구동시키는 엑츄에이터부(30); 를 포함하되,An actuator part 30 for driving the spherical movable part 20; Including but not limited to: 상기 엑츄에이터부(30)는,The actuator unit 30, 상기 구 형상 가동부(20)와 점 접촉을 하는 반구 모양의 돌기(31);A hemispherical protrusion 31 in point contact with the spherical movable part 20; 상기 반구 모양의 돌기(31)와 연결되는 탄성체(32); 및An elastic body 32 connected to the hemispherical protrusion 31; And 상기 탄성체(32)와 받침대(34) 사이에 위치하는 복수의 압전세라믹(33); 을 포함하고, 상기 탄성체(32)는 압전세라믹(33)에 의해 변형이 생겨 상기 가동부(20)를 구동시키는 것을 특징으로 하는 구면모터 장치.A plurality of piezoelectric ceramics 33 positioned between the elastic body 32 and the pedestal 34; It includes, wherein the elastic body is a spherical motor device, characterized in that the deformation caused by the piezoelectric ceramic (33) to drive the movable portion (20). 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 케이싱(10)과 가동부(20)의 사이에는 원활한 구름 접촉을 위한 적어도 하나 이상의 볼(11), 볼(11)의 위치를 유지시켜 주는 리테이너(12), 리테이너(12)의 위치가 케이싱(10)의 범위를 벗어나지 않도록 케이싱(10)의 홈과 연결되어 지지해 주는 적어도 하나 이상의 핀(13)을 포함함을 특징으로 하는 구면모터 장치.Between the casing 10 and the movable portion 20, at least one ball 11 for smooth rolling contact, a retainer 12 for maintaining the position of the ball 11, and the positions of the retainer 12 are casings ( Spherical motor device characterized in that it comprises at least one pin (13) connected to and supported by the groove of the casing (10) so as not to be out of the range of 10). 제 2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 케이싱(10), 가동부(20), 엑츄에이터부(30)를 지지하기 위한 지지대(80)를 포함함을 특징으로 하는 구면모터 장치.Spherical motor device characterized in that it comprises a support (80) for supporting the casing (10), the movable part (20), the actuator part (30). 제 3항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 엑츄에이터부(30)는,The actuator unit 30, 상기 압전세라믹(33)을 받혀주는 받침대(34);Pedestal 34 for supporting the piezoceramic 33; 상기 돌기(31), 탄성체(32), 압전세라믹(33), 받침대(34)의 동작을 유연한 탄성력으로 받쳐주는 예압용 스프링(35); 및A preload spring 35 supporting the operation of the protrusion 31, the elastic body 32, the piezoelectric ceramic 33, and the support 34 with a flexible elastic force; And 상기 엑츄에이터부(30)가 케이싱(10)에 조립되도록 하는 멈춤나사(36)A stop screw 36 for allowing the actuator portion 30 to be assembled to the casing 10. 를 더 포함함을 특징으로 하는 구면모터 장치.Spherical motor device characterized in that it further comprises. 삭제delete 제 4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 받침대(34)는 예압용 스프링(35)이 쉽게 설치되도록 중앙부에 원통형상 의 돌기가 형성됨을 특징으로 하는 구면모터 장치.The pedestal (34) is a spherical motor device, characterized in that the cylindrical projection is formed in the center portion so that the preload spring (35) is easily installed. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 멈춤나사(36)는 예압용 스프링(35)에 적당한 힘을 가할 수 있도록 외주부에 스크류가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 구면모터 장치.The stop screw (36) is a spherical motor device, characterized in that the screw is formed on the outer periphery so as to apply a suitable force to the preload spring (35). 제 7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 압전세라믹(33)은 함수발생기(40), 증폭기(50), 사인파 발생부(60), 코사인파 발생부(70)에서 발생되는 위상 차이가 나는 전기 신호에 의해 동작함을 특징으로 하는 구면모터 장치.The piezoelectric ceramic 33 is operated by an electric signal having a phase difference generated by the function generator 40, the amplifier 50, the sine wave generator 60, and the cosine wave generator 70. Motor gear. 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 압전세라믹들(33)은 적층형 구조를 이루고 있으며 2개가 한 조를 이루어 복수 조의 움직임이 상호 조화되어 3차원적인 이동 제어가 가능하도록 된 것을 특징으로 하는 구면모터 장치.The piezoelectric ceramics 33 have a stack-type structure, and two are formed in a pair so that a plurality of pairs of movements are harmonized with each other to enable three-dimensional movement control. 제 9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 복수 조의 압전세라믹(33)중 각 한 조의 압전세라믹(33)에서 한 개의 압전세라믹에 증폭 전기 신호가 들어오며 다른 한 개의 압전세라믹에 위상이 90도가 다른 증폭 전기 신호가 들어오게 되어 시간에 따라서 타원 운동을 하게 되는 것을 특징으로 하는 구면모터 장치.One piezoelectric ceramic 33 of the plurality of piezoelectric ceramics 33 receives an amplified electrical signal into one piezoelectric ceramic and another piezoelectric ceramic amplified electric signal having a phase different from 90 degrees in time. Spherical motor device characterized in that the elliptic movement.
KR1020020035901A 2002-06-25 2002-06-26 Spherical motor device KR100718459B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/KR2002/001202 WO2004001941A1 (en) 2002-06-25 2002-06-25 Spherical motor device
WOPCT/KR02/01202 2002-06-25

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20040004727A KR20040004727A (en) 2004-01-14
KR100718459B1 true KR100718459B1 (en) 2007-05-16

Family

ID=29997328

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020020035901A KR100718459B1 (en) 2002-06-25 2002-06-26 Spherical motor device

Country Status (3)

Country Link
KR (1) KR100718459B1 (en)
AU (1) AU2002346326A1 (en)
WO (1) WO2004001941A1 (en)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004031413B4 (en) * 2004-06-29 2009-04-02 Condev Security Technologies Gmbh camera housing
JP5211463B2 (en) * 2006-10-13 2013-06-12 株式会社豊田自動織機 Vibration actuator
GB2458905A (en) * 2008-04-01 2009-10-07 Johnson Electric Sa Omni-directional camera system
CN101947780B (en) * 2010-10-13 2011-12-14 金纯� Micro intelligent actuator
JP5903965B2 (en) * 2012-03-19 2016-04-13 Tdk株式会社 Lens drive device
US9893574B2 (en) 2015-07-07 2018-02-13 Honeywell International Inc. Multi-degree of freedom spherical actuator
US10326348B2 (en) 2015-07-07 2019-06-18 Honeywell International Inc. Multi-degree of freedom electromagnetic machine
DE102016004676A1 (en) * 2016-04-18 2017-10-19 Kastriot Merlaku Camera system for a mobile phone / mobile / smartphone
DE102016005337A1 (en) * 2016-04-18 2017-10-19 Kastriot Merlaku Camera system for a mobile phone / smartphone
DE102016004665A1 (en) * 2016-04-18 2017-10-19 Kastriot Merlaku Image or video recording device with a camera with a digital image sensor
CN110300927A (en) 2017-05-26 2019-10-01 深圳市大疆创新科技有限公司 Method and system for the motion cameras with embedded holder
WO2018214162A1 (en) * 2017-05-26 2018-11-29 深圳市大疆创新科技有限公司 Action camera
US10267454B1 (en) 2018-01-08 2019-04-23 TP-Link Research America Corp Security monitoring system
US11070122B2 (en) 2019-02-22 2021-07-20 Honeywell International Inc. Multi-degree-of-freedom electromagnetic machine

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0954356A (en) * 1995-08-10 1997-02-25 Robotsuto Meeshiyon Kk Micro intelligent eye
JPH1118000A (en) * 1997-06-25 1999-01-22 Minolta Co Ltd Image pickup unit
JPH1117999A (en) * 1997-06-25 1999-01-22 Minolta Co Ltd Image pickup unit

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0714276B2 (en) * 1988-06-20 1995-02-15 株式会社日立製作所 Actuator
US5402049A (en) * 1992-12-18 1995-03-28 Georgia Tech Research Corporation System and method for controlling a variable reluctance spherical motor
WO1997036365A1 (en) * 1996-03-26 1997-10-02 Stefan Johansson An actuator motor and a method for fabrication of such an actuator
JPH1094275A (en) * 1996-09-11 1998-04-10 Toshiba Corp Multidirectional rotary drive ultrasonic motor

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0954356A (en) * 1995-08-10 1997-02-25 Robotsuto Meeshiyon Kk Micro intelligent eye
JPH1118000A (en) * 1997-06-25 1999-01-22 Minolta Co Ltd Image pickup unit
JPH1117999A (en) * 1997-06-25 1999-01-22 Minolta Co Ltd Image pickup unit

Also Published As

Publication number Publication date
AU2002346326A1 (en) 2004-01-06
KR20040004727A (en) 2004-01-14
WO2004001941A1 (en) 2003-12-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100718459B1 (en) Spherical motor device
US7804224B2 (en) Piezoelectric motor and piezoelectric motor system
Zhang et al. Development of a novel two-DOF pointing mechanism using a bending–bending hybrid piezoelectric actuator
JP5304788B2 (en) Vibration actuator
JPH03265908A (en) Attitude controller
CN1058165A (en) The coupling arrangement of robot
Mashimo et al. Design and implementation of spherical ultrasonic motor
JP4378345B2 (en) Three-degree-of-freedom rotation system and its application
JP2007041948A (en) Actuator for presenting tactile information
US7095159B2 (en) Devices with mechanical drivers for displaceable elements
JP4897016B2 (en) Piezoelectric motor
US20230204900A1 (en) Actuator assembly
JP2003324936A (en) Spherical surface motor
CN210222331U (en) Optical member supporting device, driving device, camera device, and electronic apparatus
JP4550620B2 (en) Piezoelectric actuator and electronic device using the same
KR101124807B1 (en) Piezoelectric Ultrasonic Motor
JP4152098B2 (en) Spherical actuator
WO2021075342A1 (en) Actuator
KR100383579B1 (en) 3-dimensional position control system for small mover using magnetic force
JP2004023907A (en) Articulated actuator
JPS60135184A (en) Spherical surface drive
JPH03178746A (en) Two-dimensional moveable stage device
TWI392215B (en) Multi - dimensional miniature actuator
JPS609693A (en) Multiple freedom-degree actuator
JP2003216241A (en) Drive unit and lens driving mechanism using the same

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20110111

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee