KR101921302B1 - 기계적인 트리거 기능을 이용한 응답성능 개선 하이브리드 서보 액추에이터 - Google Patents

기계적인 트리거 기능을 이용한 응답성능 개선 하이브리드 서보 액추에이터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이브리드 서보 액추에이터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스트로크 구동 가능하게 형성되는 피스톤 및 로드를 포함하는 구동부를 포함하여 대상물에 가속력을 가할 수 있는 액추에이터에 있어서, 가속력을 가하는 방향으로 일정 힘을 가하는 보조구동부를 포함함으로써, 상기 보조구동부에 의해 기계적인 트리거 기능을 구현할 수 있으므로, 상기 구동부의 구동을 구속하는 구동제어부의 해제 시, 마찰력을 상쇄시킬 수 있어 상기 구동부의 구동 응답 오류를 최소화할 수 있는 하이브리드 서보 액추에이터에 관한 것이다.

Description

기계적인 트리거 기능을 이용한 응답성능 개선 하이브리드 서보 액추에이터{Advanced Hybrid Servo Actuator Using Mechanical Trigger Function}
본 발명은 하이브리드 서보 액추에이터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스트로크 구동 가능하게 형성되는 피스톤 및 로드를 포함하는 구동부를 포함하여 대상물에 가속력을 가할 수 있는 액추에이터에 있어서, 가속력을 가하는 방향으로 일정 힘을 가하는 보조구동부를 포함함으로써, 상기 보조구동부에 의해 기계적인 트리거 기능을 구현할 수 있으므로, 상기 구동부의 구동을 구속하는 구동제어부의 해제 시, 마찰력을 상쇄시킬 수 있어 상기 구동부의 구동 응답 오류를 최소화할 수 있는 하이브리드 서보 액추에이터에 관한 것이다.
자동차 회사 및 연구소에서는 신형 차량이 개발되는 경우, 차량의 충돌사고 등을 포함하는 사고 발생 시, 탑승자에게 전달되는 영향을 시험하기 위한 충돌시험 과정이 필수적으로 수행된다.
상기 차량의 충돌시험 과정에서는 차량에 인체모형을 탑승시킨 후, 다양한 변수를 통해 차량을 충돌하게 함으로써, 탑승된 인체모형이 받는 충격을 센서 등의 계측장치로 계측하거나, 영상으로 촬영하여 분석하게 된다.
이와 다른 방법으로는 대상물(차량)에 가속력을 가할 수 있는 액추에이터를 구비하고, 상기 액추에이터를 이용하여 차량의 실제 사고 시와 동일한 환경에서 충돌시험을 수행할 수 있다.
이와 관련된 선행문헌으로는 미국등록특허 제8453489호("Method and System for Concluding Crash Tests, 등록일 2013.06.04)에 압력유체에 의한 피스톤과 로드를 작동시켜 대상물체에 충돌을 가하는 충돌테스트 수행 방법 및 시스템이 개시되었다.
상술된 차량의 충돌시험을 위한 액추에이터는 피스톤 및 로드를 포함하는 구동부가 구비되고, 상기 구동부의 구동을 제어하도록 이를 구속하는 구동제어부를 포함하게 되며, 상술된 구성을 가지는 액추에이터는 공압 또는 유압을 포함하는 압력유체를 통해 구동부로 힘을 가함과 동시에, 상기 구동제어부를 구동부로부터 해제시킴으로써, 대상물에 가속력을 가할 수 있다.
이때, 상기 구동제어부는 구동부의 로드에 면접하여 이를 구속할 수 있는 제어패드로 형성될 수 있으며, 상기 제어패드와 로드와의 면접을 통해 구동부를 구속시키기 위해서는 구동부를 구동시키는 압력유체에 의한 힘보다 큰 힘을 가지도록 형성되어야 한다.
즉, 상기 구동제어부는 큰 힘으로 상기 구동부를 구속하게 되며, 구동해제가 된 이후에도 로드와 제어패드와의 정지 마찰력으로 인해 도 6에서와 같이 응답 시간의 지연이 발생하며, 구동제어부의 해제 명령에 따른 응답 속도가 늦어져, 상기 구동부가 일정 시간이 지난 후에 구동하게 된다는 문제점을 갖게 된다.
이는 차량의 충돌시험에 대한 정확한 시험 및 정보의 획득이 어려운 문제점이 있다.
미국등록특허 제8453489호("Method and System for Concluding Crash Tests, 등록일 2013.06.04)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 스트로크 구동 가능하게 형성되는 피스톤 및 로드를 포함하는 구동부를 포함하여 대상물에 가속력을 가할 수 있는 액추에이터에 있어서, 가속력을 가하는 방향으로 일정 힘을 가하는 보조구동부를 포함함으로써, 상기 보조구동부에 의해 기계적인 트리거 기능을 구현할 수 있으므로, 상기 구동부의 구동을 구속하는 구동제어부의 해제 시, 마찰력을 상쇄시킬 수 있어 상기 구동부의 구동 응답 오류를 최소화할 수 있는 하이브리드 서보 액추에이터를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 하이브리드 서보 액추에이터는 스트로크 방향으로 형성되는 중공(110)을 포함하는 몸체(100); 상기 중공(110)에 구비되어 스트로크 방향으로 이동 가능하게 형성되는 피스톤(210)과, 상기 피스톤(210)과 일단이 연결되는 로드(220)를 포함하는 구동부(200); 상기 몸체(100)의 타단과 연결되되, 상기 구동부(200)의 스트로크 구동을 위한 유체를 공급하는 유체공급부(300); 상기 몸체(100) 일측에 형성되되, 상기 구동부(200)의 구동을 제어 가능하도록 상기 로드(220)와 면접 가능하게 형성되는 구동제어부(400); 상기 몸체(100)의 외부에 상기 로드(220)의 타단과 연결되어 형성되는 플랜지(500); 및 상기 몸체(100)에 고정되되, 상기 플랜지(500)와 면접 가능하게 형성되어 상기 플랜지(500)에 스트로크의 전진방향으로 힘을 가할 수 있도록 형성되는 보조구동부(600);를 포함한다.
또한, 상기 보조구동부(600)는 상기 구동부(200)의 스트로크 구동 전, 상기 구동부(200)의 구동을 제어하기 위한 상기 구동제어부(400)의 힘보다 작은 힘으로 상기 플랜지(500)에 힘을 가하도록 형성된다.
또한, 상기 하이브리드 서보 액추에이터(1000)는 상기 구동제어부(400)와 보조구동부(600)의 동작을 위해 유체를 공급하는 구동유체공급부(700)를 더 포함한다.
또한, 상기 구동제어부(400)는 상기 로드(220)의 외주면에 접촉 가능하게 형성되되, 상기 구동유체공급부(700)로부터 공급되는 유체에 의해 상기 구동부(200)의 구동을 제어하는 제어패드(410)를 포함한다.
또한, 상기 보조구동부(600)는 상기 구동부(200)의 스트로크 구동 방향으로 대응되어 형성되는 보조구동중공을 포함하는 보조구동몸체(610)와, 상기 구동유체공급부(700)로부터 유체가 유입되는 보조구동유체유입부(620)와, 상기 보조구동유체유입부(620)를 통해 유입되는 유체에 의해 상기 플랜지(500)에 힘을 가하도록 형성되는 보조구동피스톤(630) 및 상기 보조구동피스톤(630)의 위치를 고정하는 피스톤고정부(640)를 포함한다.
또한, 상기 하이브리드 서보 액추에이터(1000)는 상기 피스톤(210)의 스트로크 전진방향 끝단에 상기 중공(110)으로 유체를 공급하는 후진유체공급부(120)를 더 포함한다.
또한, 상기 하이브리드 서보 액추에이터(1000)는 상기 피스톤(210)의 스트로크 방향의 상기 구동제어부(400) 전면에 상기 피스톤(210)의 충격을 흡수하는 쿠션부(800)를 더 포함한다.
또한, 상기 쿠션부(800)는 상기 피스톤(210)의 스트로크방향으로의 전진을 막는 쿠션피스톤(810); 및 상기 쿠션피스톤(810)과 연결되어 형성되며, 상기 쿠션피스톤(810)의 동작에 따른 유체를 외부로 배출하는 쿠션밸브(820)를 포함한다.
또한, 상기 피스톤(210)은 상기 유체공급부(300)가 공압방식을 이용하여 압축공기를 공급할 경우, 에어로 다이나믹 베어링(aero dynamic bearing)으로 형성되며, 상기 에어로 다이나믹 베어링은 상기 로드(220)를 감싸도록 형성되는 베어링중공(212)을 포함하는 베어링 몸체(211); 상기 베어링몸체(211) 외부면에 원주방향으로 형성되는 다수의 에어홈(213); 상기 베어링몸체(211) 일측면에 형성되는 다수의 에어공(214); 및 상기 에어공(214)으로 유입되는 공압을 상기 에어홈(213)으로 안내하는 안내관(215);을 포함한다.
또한, 상기 구동부(200)는 상기 로드(220) 일단에 가속도측정센서(900)가 구비된다.
또한, 본 발명에 따른 하이브리드 서보 액추에이터의 제어 방법은 로드를 정지 위치로 이동하는 단계; 구동제어부를 통해 마찰력을 이용하여 로드를 구속하는 단계; 로드를 구동하기 위한 구동 압력을 가하는 단계; 보조구동부를 통해 로드의 플랜지에 프리 로딩을 가하는 기계적 트리거 단계; 구동제어부를 통해 로드의 구속을 해제하는 단계; 보조구동부의 유체 공급을 중단하는 단계를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 하이브리드 서보 액추에이터는 스트로크 구동 가능하게 형성되는 피스톤 및 로드를 포함하는 구동부를 포함하여 대상물에 가속력을 가할 수 있는 액추에이터에 있어서, 가속력을 가하는 방향으로 일정 힘을 가하는 보조구동부를 포함함으로써, 상기 보조구동부에 의해 기계적인 트리거 기능을 구현할 수 있으므로, 상기 구동부의 구동을 구속하는 구동제어부의 해제 시, 마찰력을 상쇄시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 하이브리드 서보 액추에이터는 상기 구동부와 구동제어부와의 마찰력을 상쇄시킬 수 있어, 상기 구동부의 구동 응답 오류를 최소화할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 하이브리드 서보 액추에이터는 상기 구동부의 응답 오류를 최소화하여 차량의 충돌시험 등에 이용될 시, 정확한 시뮬레이션 상황을 재현할 수 있으므로, 이에 따른 정확한 계측값을 획득할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 서보 액추에이터를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 서보 액추에이터를 나타낸 또 다른 도면.
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 서보 액추에이터의 보조구동부를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 서보 액추에이터의 피스톤 실시예를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 하이브리드 서보 액추에이터의 피스톤 실시예를 나타낸 또 다른 도면.
도 6은 정지마찰력으로 인한 응답 시간 지연을 나타낸 그래프.
이하, 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 하이브리드 서보 액추에이터를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 서보 액추에이터를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 서보 액추에이터를 나타낸 또 다른 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 서보 액추에이터의 보조구동부를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 서보 액추에이터의 피스톤 실시예를 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명에 따른 하이브리드 서보 액추에이터의 피스톤 실시예를 나타낸 또 다른 도면이다.
본 발명에 따른 하이브리드 서보 액추에이터(1000)는 차량의 충돌 시험 등을 위해, 대상물(차량)로 가속력을 가할 수 있도록 형성되는 액추에이터로서, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 크게 몸체(100), 구동부(200), 유체공급부(300), 구동제어부(400), 플랜지(500) 및 보조구동부(600)를 포함하여 형성된다.
상기 몸체(100)는 스트로크 방향으로 형성되는 중공(110)을 포함한다.
이때, 스트로크 방향은 대상물로 가속력을 가하기 위해 상기 구동부(200)가 전진하여 가속력을 가하는 방향과, 상기 구동부(200)가 원위치 되도록 후진되는 방향이다.
상기 구동부(200)는 상기 중공(110)에 구비되어 스트로크 구동 가능하게 형성되는 피스톤(210)과, 상기 피스톤(210)과 일단이 연결되는 스트로크 방향으로 일정 길이를 가지는 로드(220)를 포함한다.
상기 로드(220)는 상기 몸체(100)의 일단(가속력을 가하기 위한 방향)으로 돌출 가능하게 형성될 수 있으며, 상기 피스톤(210)의 스트로크 구동에 의해 함께 구동되어 상기 대상물로 가속력을 가할 수 있다.
상기 구동부(200)를 구성하는 피스톤(210)과 로드(220)는 일반적인 액추에이터 또는 실린더 등에 구비되는 공지된 기술로서, 상세한 설명은 생략한다.
상기 유체공급부(300)는 상기 몸체(100) 타단과 연결되어 형성되며, 상기 구동부(200)의 스트로크 구동을 수행할 수 있도록 상기 구동부(200)로 유체를 공급한다.
이때, 상기 유체공급부(300)는 상기 구동부(200)의 스트로크 구동을 위해 피스톤(210)과 맞닿는 중공(110)으로 유체를 공급하며, 압축공기를 공급하는 공압식 또는 작동오일을 공급하는 유압식일 수 있다.
상기 구동제어부(400)는 상기 몸체(100) 일측에 형성되되, 상기 구동부(200)의 이동을 제한 가능하도록 상기 로드(220)와 면접 가능하게 형성된다.
즉, 상기 구동제어부(400)는 상기 로드(220)와 면접되어 상기 구동부(200)의 스트로크 구동을 구속시키거나, 상기 로드(220)로부터 해제되어 상기 구동부(200)의 스트로크 구동이 가능하도록 한다.
이때, 상기 유체공급부(300)는 상기 몸체(100) 타단과 연결되어 형성되되, 상기 몸체(1000)의 타단과 접하여 형성될 수 있다.
다시 말해, 본 발명에 따른 하이브리드 서보 액추에이터(1000)는 상기 몸체(100), 구동부(200), 유체공급부(300) 및 구동제어부(400)를 일체형으로 형성할 수 있다.
특히, 상기 구동부(200)와 상기 유체공급부(300)가 일체형으로 이루어짐으로써, 상기 유체공급부(300)로부터 공급되는 유체의 전달길이가 짧아지도록 할 수 있어 종래의 액추에이터에 비해 높은 압력을 가지는 유체를 이동거리에 따른 손실 없이 구동부(200)로 공급할 수 있다.
이는, 이동 거리에 따른 손실 없이 높은 압력을 가지는 유체를 구동부(200)로 공급할 수 있으므로, 종래의 액추에이터에 비해 빠른 속도로 상기 동작부(200)를 스트로크 구동시킬 수 있다.
상기 플랜지(500)는 상기 몸체(100)의 외부에 상기 로드(220)의 타단과 연결되어 형성되며, 상기 플랜지(500)에는 여러 시뮬레이션 상황을 재현하도록 다양한 형상 및 크기로 형성된다.
상기 보조구동부(600)는 상기 몸체(100)에 고정되되, 상기 플랜지(500)와 접하도록 형성되어 상기 플랜지(500)로 가속력을 가하는 방향으로 힘을 가할 수 있도록 형성된다.
이때, 상기 보조구동부(600)는 상기 구동부(200)의 스트로크 구동 전, 상기 구동부(200)의 구동을 제어하기 위한 구동제어부(400)의 힘보다 작은 힘으로 상기 플랜지(500)에 힘을 가하도록 형성된다.
즉, 본 발명에 따른 하이브리드 서보 액추에이터(1000)는 상기 구동부(200)를 이용하여 대상물로 가속력을 가하기 위해, 상기 구동제어부(400)가 상기 구동부(200)를 구속한 상태에서 상기 보조구동부(600)는 상기 구동제어부(400)가 구동부(200)를 구속하기 위한 힘보다 작은 힘으로 가속력을 가하기 위한 방향으로 플랜지(500)에 힘을 공급하게 한다.
다시 말해, 상기 보조구동부(600)는 상기 구동제어부(400)의 구속 힘보다 작은 힘으로 가속력을 가하기 위한 방향으로 힘을 공급하여, 상기 보조구동부(600)에 의해 기계적인 트리거 기능을 구현함으로써, 상기 구동제어부(400)의 해제 시, 마찰력을 상쇄시킬 수 있다.
이는 상기 보조구동부(600)에 의해 상기 구동제어부(400)와 구동부(200)간의 마찰계수를 감소시킨 상태에서, 상기 유체공급부(300)로부터 공급되는 유체와 상기 구동제어부(400)의 상기 구동부(200)로부터의 해제를 통해 상기 구동부(200)가 가속력을 가하기 위한 방향으로 구동함으로써, 상기 구동부(200)의 구동 명령에 따른 응답 시간의 오차율을 최소화할 수 있다.
즉, 상기 구동부의 구동명령을 지시한 경우, 상기 구동제어부와 구동부와의 마찰계수에 따라, 실제 구동부가 스트로크 구동하기 위하기까지의 일정 시간이 소요되는 종래의 액추에이터와 달리, 본 발명에 따른 응답 성능이 개선된 서보 액추에이터(1000)는 상기 보조구동부(600)를 이용하여 가속력을 가하는 방향으로 상기 플랜지(500)에 일정 힘을 가함으로써, 상기 구동제어부(400)와 구동부(200)와의 마찰계수를 감소시켜, 구동부(200)의 명령제어를 통한 오차 시간을 감소시키므로, 이에 따른 정확한 구동부(200)의 스트로크 구동을 수행하게 할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 하이브리드 서보 액추에이터(1000)는 상기 구동제어부(400)와 보조구동부(600)의 동작을 위해 유체를 공급하는 구동유체공급부(700)를 더 포함한다.
상기 구동유체공급부(700)는 상기 몸체(100)에 함께 구비되거나, 외부에 형성되어 상기 구동제어부(400)와 보조구동부(600)로 공압방식을 위한 압축공기 또는 유압방식을 위한 압축유체를 공급할 수 있다.
이를 통해, 상기 구동제어부(400)는 상기 로드(220)의 외주면에 접촉 가능하게 형성되되, 상기 구동유체공급부(700)로부터 공급되는 유체에 의해 상기 구동부(200)의 구동을 제어하는 제어패드(410)를 포함한다.
상기 제어패드(410)는 공급되는 유체에 의해 상기 로드(220)의 외주면에 접촉되어 상기 구동부(200)의 구동을 구속하거나, 상기 로드(220)의 외주면으로부터 해제되어 상기 구동부(200)의 스크로크 구동을 수행하게 할 수 있다.
아울러, 상기 제어패드(410)는 카본 재질의 브레이크패드와 유사한 형상이되, 이에 한정하지 않고 상기 구동부(200)를 구속하여 상기 구동부(200)의 구동을 수월하고 정확하게 제어할 수 있다면 한정하지 않는다.
상기 보조구동부(600)는 상기 구동부(200)의 스트로크 구동 방향으로 대응되어 형성되는 보조구동부중공(611)을 포함하는 보조구동몸체(610), 상기 구동유체공급부(700)부로터 유체가 유입되는 보조구동유체유입부(620) 및 상기 보조구동유체유입부(620)를 통해 유입되는 유체에 의해 상기 플랜지(500)에 힘을 가하도록 형성되는 보조구동피스톤(630) 및 상기 보조구동피스톤(630)의 위치를 고정하는 피스톤고정부(640)를 포함한다.
상기 보조구동피스톤(630)은 상기 몸체(100) 내부의 피스톤(210)과 동일하게 공급되는 유체에 의해 스트로크 구동 가능함으로써, 상기 플랜지(500)로 힘을 가하거나, 유체의 공급이 중단되는 경우에는 정지한 상태에서 위치될 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 하이브리드 서보 액추에이터(1000)는 상기 구동부(200)의 스트로크 전진방향(가속력을 가하는 방향) 끝단에 상기 중공(110)으로 유체를 공급하는 후진유체공급부(120)를 더 포함할 수 있다.
즉, 상기 구동제어부(400)가 상기 구동부(200)를 구속하지 않음과 동시에 상기 구동부(200)는 상기 유체공급부(300)의 유체에 의해 스트로크 방향으로 전진하게 되고, 상기 구동제어부(400)에 의해 상기 구동부(200)가 일정거리 전진한 후에 제동되며, 상기 구동부(200)의 스트로크 방향으로 후진하게 될 때에는 상기 구동제어부(400)는 상기 구동부(200)를 구속하지 않은 상태에서, 상기 후진유체공급부(12)로 공급되는 유체에 의해 상기 구동부(200)는 스트로크 방향으로 후진하게 된다.
이때, 상기 후진유체공급부(120)로 유체를 공급하는 후진유체저장부(미도시)를 더 구비할 수 있으나, 이에 한정하지 않고, 다양한 방법으로 상기 구동부(200)의 스트로크 방향으로의 후진이 가능하며, 상기 구동유체공급부(700)로부터 유체를 공급받아 이의 동작을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 하이브리드 서보 액추에이터(1000)는 상기 피스톤(210)의 스트로크 방향의 상기 구동제어부(400)의 전면에 피스톤(210)의 충격을 흡수하는 쿠션부(800)를 더 포함한다.
상기 쿠션부(800)는 상기 피스톤(210)의 스트로크 방향으로의 전진을 막는 쿠션피스톤(810)과 상기 쿠션피스톤(810)과 연결되어 형성되되, 상기 피스톤(210)과 상기 쿠션피스톤(810)의 충격 시, 충격에 의해 발생하는 유압을 외부로 배출하는 쿠션밸브(820)를 포함한다.
즉, 상기 쿠션부(800)는 상기 구동부(200)의 스트로크 방향으로의 이동 시, 관성력에 의해 상기 구동부(200)의 제동거리가 길어지거나, 오동작에 의해 상기 피스톤(210)이 상기 몸체(100) 일부와 충돌 시, 충돌에 의해 발생하는 충격을 흡수하는 역할을 한다.
이 때, 상기 쿠션부(800)는 상기 피스톤(210)과의 충격 시, 충격에 의해 발생하는 유압을 상기에 기재된 쿠션밸브(820)를 통해 외부로 배출함으로써, 상기 피스톤(210)에 의한 충격을 흡수할 수 있을 뿐만 아니라, 충격에 의한 유압을 외부로 배출함으로써, 반영구적으로 사용이 가능한 장점이 있다.
이는 1회성 정도에 그치는 종래의 쿠션장치와 달리 반영구적으로 사용할 수 있으므로 금전적, 시간적 손실을 방지할 수 있는 장점이 있다.
이때, 상기 쿠션밸브(820)를 통해 외부로 배출되는 유체(유압)는 상술된 구동유체공급부(700) 등으로 다시 회수되거나, 다른 장치에 의해 회수될 수 있는 등 다양한 회수 실시예가 가능함은 물론이다.
아울러, 상기 쿠션피스톤(810)은 피스톤(210)과의 충격을 흡수하기 위해 신축성이 있는 재질이 권장되며, 충격흡수를 위한 쿠션피스톤(810)의 재질에 다양한 실시예가 가능함은 물론이다.
아울러, 본 발명에 따른 하이브리드 서보 액추에이터(1000)는 상기 피스톤(210)의 외주면에 원주방향으로 형성되는 적어도 하나 이상의 오링(미도시)를 포함할 수 있다.
오링은 상기 피스톤(210)의 전면과 후면을 밀폐시킴으로써, 상기 몸체(100) 내부의 중공(110)의 밀폐력을 높여 구동부(200)의 이동을 위해 공급되는 유체에 의한 압력을 일정하게 유지할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드 서보 액추에이터(1000)의 상기 피스톤(210)은 에어로 다이나믹 베어링(aero dynamic bearing)으로 형성될 수 있다.
상기 에어로 다이나믹 베어링은 상기 로드(220)를 감싸도록 형성되는 베어링중공(212)을 포함하는 베어링몸체(211)와 상기 베어링몸체(211) 외주면에 원주방향으로 형성되는 다수의 에어홈(213)을 포함한다.
아울러, 상기 베어링몸체(211) 일측면에 형성되는 다수의 에어공(214)을 포함하며, 상기 에어공(214)으로 유입되는 공압을 상기 에어홈(213)으로 안내하는 안내관(215)을 포함한다.
즉, 본 발명에 따른 하이브리드 서보 액추에이터(1000)의 피스톤(210)을 에어로 다이나믹 베어링으로 형성함으로써, 피스톤(210) 외부면의 에어홈(213)에 공기역학적인 베어링 막이 형성되고, 이는 피스톤(210)과 상기 몸체(100)와의 직접적인 마찰이 없는 방식으로 운용 가능한 장점이 있다.
다시 말해, 상기 피스톤(210)이 상기 몸체(100)와 직접적인 마찰이 없는 방식으로 스트로크방향으로 이동 가능함으로써, 마찰력이 감소하여 수명이 증가되고, 내마모성에 큰 장점을 가질 뿐만 아니라, 마찰력이 감소되어 상기 구동부(200)의 고속운동이 가능한 장점이 있다.
본 발명에 따른 하이브리드 서보 액추에이터(1000)는 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 로드(220) 일단에 가속도계측센서(900)가 더 구비될 수 있다.
상기 가속도계측센서(700)는 본 발명에 따른 응답 성능이 개선된 서보 액추에이터(1000)의 구동부(200)의 동작 속도를 계측할 수 있어, 정확한 충돌테스트 뿐만 아니라, 액추에이터의 운용에 있어서의 안전사고를 예방할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 하이브리드 서보 액추에이터의 제어 방법은 로드를 정지 위치로 이동하는 단계; 구동제어부를 통해 마찰력을 이용하여 로드를 구속하는 단계; 로드를 구동하기 위한 구동 압력을 가하는 단계; 보조구동부를 통해 로드의 플랜지에 프리 로딩을 가하는 기계적 트리거 단계; 구동제어부를 통해 로드의 구속을 해제하는 단계; 보조구동부의 유체 공급을 중단하는 단계를 포함하여 구성된다.
이와 같이 로드를 구속한 상태에서 별도의 보조구동부를 통해 로드에 프리 로딩을 가하고, 구동 해제시에 보조구동부를 통해 마찰력을 상쇄시키는 구동력을 보조해줌으로써, 마찰력으로 인한 응답 지연의 문제를 해소할 수 있는 것이다.
1000 : 하이브리드 서보 액추에이터
100 : 몸체
110 : 중공 120 : 후진유체공급부
200 : 구동부
210 : 피스톤
211 : 베어링몸체 212 : 베어링중공
213 : 에어홈 214 : 에어공
215 : 안내관
220 : 로드
300 : 유체공급부
400 : 구동제어부 410 : 제어패드
500 : 플랜지
600 : 보조구동부
700 : 구동유체공급부
800 : 쿠션부
810 : 쿠션피스톤 820 : 쿠션밸브
900: 가속도측정센서

Claims (10)

  1. 스트로크 방향으로 형성되는 중공(110)을 포함하는 몸체(100);
    상기 중공(110)에 구비되어 스트로크 방향으로 이동 가능하게 형성되는 피스톤(210)과, 상기 피스톤(210)과 일단이 연결되는 로드(220)를 포함하여 대상물로 가속력을 가할 수 있도록 형성되는 구동부(200);
    상기 몸체(100)의 타단과 연결되되, 상기 구동부(200)의 스트로크 구동을 위한 유체를 공급하는 유체공급부(300);
    상기 몸체(100) 일측에 형성되되, 상기 구동부(200)의 구동을 제어 가능하도록 상기 로드(220)와 면접 가능하게 형성되는 구동제어부(400);
    상기 몸체(100)의 외부에 상기 로드(220)의 타단과 연결되어 형성되는 플랜지(500);
    상기 몸체(100)에 고정되되, 상기 플랜지(500)와 면접 가능하게 형성되어 상기 플랜지(500)에 스트로크의 전진방향으로 힘을 가할 수 있도록 형성되는 보조구동부(600); 및
    상기 구동제어부(400)와 보조구동부(600)의 동작을 위해 유체를 공급하는 구동유체공급부(700);를 포함하되,
    상기 보조구동부(600)는
    상기 구동제어부(400)가 상기 구동부(200)의 스트로크 동작을 제어하는 경우, 상기 구동제어부(400)의 힘보다 작은 힘으로 상기 플랜지(500)에 힘을 가하여 상기 구동부(200)의 스트로크 동작을 방지하고,
    상기 구동제어부(400)가 해제하여 상기 구동부(200)의 스트로크 동작을 시작하는 경우, 상기 보조구동부(600)의 힘에 의해 상기 구동제어부(400)에 의한 마찰력을 상쇄시켜 상기 구동부(200)의 구동 명령에 따른 응답 시간의 오차율을 감소시키는 하이브리드 서보 액추에이터.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 구동제어부(400)는
    상기 로드(220)의 외주면에 접촉 가능하게 형성되되, 상기 구동유체공급부(700)로부터 공급되는 유체에 의해 상기 구동부(200)의 구동을 제어하는 제어패드(410)를 포함하는 하이브리드 서보 액추에이터.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 보조구동부(600)는
    상기 구동부(200)의 스트로크 구동 방향으로 대응되어 형성되는 보조구동중공을 포함하는 보조구동몸체(610)와,
    상기 구동유체공급부(700)로부터 유체가 유입되는 보조구동유체유입부(620)와,
    상기 보조구동유체유입부(620)를 통해 유입되는 유체에 의해 상기 플랜지(500)에 힘을 가하도록 형성되는 보조구동피스톤(630) 및
    상기 보조구동피스톤(630)의 위치를 고정하는 피스톤고정부(640)를 포함하는 응답 성능이 개선된 하이브리드 서보 액추에이터.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 하이브리드 서보 액추에이터(1000)는
    상기 피스톤(210)의 스트로크 전진방향 끝단에 상기 중공(110)으로 유체를 공급하는 후진유체공급부(120)를 더 포함하는 하이브리드 서보 액추에이터.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 하이브리드 서보 액추에이터(1000)는
    상기 피스톤(210)의 스트로크 방향의 상기 구동제어부(400) 전면에 상기 피스톤(210)의 충격을 흡수하는 쿠션부(800)를 더 포함하는 하이브리드 서보 액추에이터.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 쿠션부(800)는
    상기 피스톤(210)의 스트로크방향으로의 전진을 막는 쿠션피스톤(810); 및
    상기 쿠션피스톤(810)과 연결되어 형성되며, 상기 쿠션피스톤(810)의 동작에 따른 유체를 외부로 배출하는 쿠션밸브(820)를 포함하는 하이브리드 서보 액추에이터.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 피스톤(210)은
    상기 유체공급부(300)가 공압방식을 이용하여 압축공기를 공급할 경우, 에어로 다이나믹 베어링(aero dynamic bearing)으로 형성되며,
    상기 에어로 다이나믹 베어링은
    상기 로드(220)를 감싸도록 형성되는 베어링중공(212)을 포함하는 베어링 몸체(211);
    상기 베어링몸체(211) 외부면에 원주방향으로 형성되는 다수의 에어홈(213);
    상기 베어링몸체(211) 일측면에 형성되는 다수의 에어공(214); 및
    상기 에어공(214)으로 유입되는 공압을 상기 에어홈(213)으로 안내하는 안내관(215);을 포함하는 하이브리드 서보 액추에이터.
  10. 제 1항, 제 4항 내지 제 9항 중 어느 한 항의 하이브리드 서보 액추에이터를 이용한 제어방법에 관한 것으로,
    상기 제어방법은
    로드를 정지 위치로 이동하는 단계;
    구동제어부를 통해 마찰력을 이용하여 로드를 구속하는 단계;
    로드를 구동하기 위한 구동 압력을 가하는 단계;
    보조구동부를 통해 로드의 플랜지에 프리 로딩을 가하는 기계적 트리거 단계;
    구동제어부를 통해 로드의 구속을 해제하는 단계; 및
    보조구동부의 유체 공급을 중단하는 단계; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 서보 액추에이터 제어방법.
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