KR102247634B1 - 회전 액추에이터 - Google Patents

회전 액추에이터 Download PDF

Info

Publication number
KR102247634B1
KR102247634B1 KR1020210020718A KR20210020718A KR102247634B1 KR 102247634 B1 KR102247634 B1 KR 102247634B1 KR 1020210020718 A KR1020210020718 A KR 1020210020718A KR 20210020718 A KR20210020718 A KR 20210020718A KR 102247634 B1 KR102247634 B1 KR 102247634B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
flexible body
holder
fluid
fixing
expansion
Prior art date
Application number
KR1020210020718A
Other languages
English (en)
Inventor
구자춘
이영민
오동준
문형필
최혁렬
Original Assignee
성균관대학교산학협력단
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 성균관대학교산학협력단 filed Critical 성균관대학교산학협력단
Priority to KR1020210020718A priority Critical patent/KR102247634B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102247634B1 publication Critical patent/KR102247634B1/ko
Priority to US17/672,139 priority patent/US11603870B2/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/02—Mechanical layout characterised by the means for converting the movement of the fluid-actuated element into movement of the finally-operated member
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/08—Characterised by the construction of the motor unit
    • F15B15/10—Characterised by the construction of the motor unit the motor being of diaphragm type
    • F15B15/103—Characterised by the construction of the motor unit the motor being of diaphragm type using inflatable bodies that contract when fluid pressure is applied, e.g. pneumatic artificial muscles or McKibben-type actuators
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/50—Prostheses not implantable in the body
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/50—Prostheses not implantable in the body
    • A61F2/68—Operating or control means
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/50—Prostheses not implantable in the body
    • A61F2/68—Operating or control means
    • A61F2/74—Operating or control means fluid, i.e. hydraulic or pneumatic
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F9/00—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
    • D01F9/08—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
    • D01F9/12—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/20—Other details, e.g. assembly with regulating devices
    • 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
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/22—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings
    • F16C19/24—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for radial load mainly
    • F16C19/26—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for radial load mainly with a single row of rollers
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/50—Prostheses not implantable in the body
    • A61F2002/5066—Muscles
    • A61F2002/74—
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/14—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements fluid
    • B25J9/146—Rotary actuators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/70—Output members, e.g. hydraulic motors or cylinders or control therefor
    • F15B2211/705—Output members, e.g. hydraulic motors or cylinders or control therefor characterised by the type of output members or actuators
    • F15B2211/7058—Rotary output members

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Actuator (AREA)

Abstract

회전 액추에이터에 대한 발명이 개시된다. 본 발명의 회전 액추에이터는: 유체 주입부가 형성되는 제1홀더부; 제1홀더부에 회전 가능하게 결합되는 제2홀더부; 제1홀더부와 제2홀더부에 고정되고, 제1홀더부를 통해 유체가 주입됨에 따라 팽창되는 유연체부; 및 유연체부에 방사상으로 와선형을 이루도록 배치되고, 유연체부의 팽창시 유연체부를 회전시키는 복수의 섬유부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

회전 액추에이터{ROTARY ACTUATOR}
본 발명은 회전 액추에이터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 회전가동범위가 증가되고, 압력응답특성이 향상될 수 있는 회전 액추에이터에 관한 것이다.
일반적으로 공압 인공 근육(Pneuamtic Artificial Muscle)은 직선 운동에 특화되어 있다. 공압 인공 근육을 사용하여 회전 운동을 만들어내기 위해서는 통상적으로 길항근(antagonistic) 배열을 사용하지만, 공압 인공 근육을 서로 연결하기 위해 쓰는 줄의 비선형성과 공간과 환경 등의 제약으로 실제 산업에서 쓰이기에 적절치 않다. 또한, 기존 공압 근육의 격자 무늬로 배열된 메쉬(mesh)를 한 방향의 사선 무늬로만 배치하여 회전 가능하도록 만든 공압 근육이 있다.
그러나, 종래의 액추에이터는 엘라스토머를 고정하는 강체가 외부로 돌출되게 배치되므로, 사실상 소프트 액추에이터의 큰 이점인 인간과 로봇의 상호작용의 특성을 가지기는 어려울 수 있다.
또한, 강체의 공기주입공간이 현저히 증가되므로, 공기가 공기주입공간에 채워진 후 엘라스토머에 주입된다. 따라서, 공압에 대한 응답 특성이 현저히 지연되는 문제점이 있다.
따라서, 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-1639520호(2016.07.07 등록, 발명의 명칭: 공압식 인공근육 구동기)에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 회전가동범위가 증가되고, 압력응답특성이 향상될 수 있는 회전 액추에이터를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 회전 액추에이터는: 유체 주입부가 형성되는 제1홀더부; 상기 제1홀더부에 회전 가능하게 결합되는 제2홀더부; 상기 제1홀더부와 상기 제2홀더부에 고정되고, 상기 제1홀더부를 통해 유체가 주입됨에 따라 팽창되는 유연체부; 및 상기 유연체부에 방사상으로 와선형을 이루도록 배치되고, 상기 유연체부의 팽창시 상기 유연체부를 회전시키는 복수의 섬유부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 유연체부는 상기 제1홀더부에 고정되고, 복수의 제1섬유부가 와선형으로 배치되는 제1유연체부; 및 상기 제2홀더부에 고정되고, 복수의 제2섬유부가 와선형으로 배치되며, 상기 제1홀더부를 통해 유체가 주입됨에 따라 상기 제1유연체부와 반대측으로 팽창되도록 상기 제1유연체부에 겹쳐지는 제2유연체부를 포함할 수 있다.
상기 제1섬유부는 상기 제2섬유부에 대하여 와선형이 반대방향으로 배치될 수 있다.
상기 제1유연체부는 상기 제1홀더부에 고정되는 제1고정부; 및 상기 제1고정부에서 외측으로 연장되고, 상기 제2유연체부에 겹쳐되는 제1팽창부를 포함할 수 있다.
상기 제2유연체부는 상기 제2홀더부에 고정되는 제2고정부; 및 상기 제1팽창부에 겹쳐지도록 상기 제2고정부에서 외측으로 연장되고, 상기 제1팽창부와의 사이로 유체가 주입됨에 따라 상기 제1팽창부와 반대방향으로 팽창되는 제2팽창부를 포함할 수 있다.
상기 제1고정부와 상기 제2고정부는 상기 제1팽창부와 상기 제2팽창부의 중심부에 원통형으로 각각 형성되고, 상기 제1팽창부와 상기 제2팽창부는 원판 형태로 각각 형성될 수 있다.
상기 회전 액추에이터는 상기 제1고정부를 상기 제1홀더부에 압착 고정시키는 제1클램프부; 및 상기 제2고정부를 상기 제2홀더부에 압착 고정시키는 제2클램프부를 더 포함할 수 있다.
상기 제1홀더부에는 상기 제1유연체부와 상기 제2유연체부 사이로 유체가 주입되도록 복수의 유체 통로부가 형성될 수 있다.
상기 제2유연체부와 상기 제2유연체부 사이에는 상기 유체 통로부에 대응되도록 유체 진입부가 형성될 수 있다.
상기 유체 진입부는 상기 유체 통로부 측에서 외측으로 갈수록 수렴되는 형태로 형성될 수 있다.
상기 회전 액추에이터는 상기 제1홀더부와 상기 제2홀더부 사이에 설치되는 베어링부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 제1홀더부에 공급되는 유체가 유연체부의 내부로 직접 주입됨에 따라 유연체부가 곧바로 팽창되므로, 회전 액추에이터의 압력응답특성이 현저히 향상될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 유연체부에 공급되는 유체의 유속이나 유량을 조절함에 회전 액추에이터를 용이하게 제어할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 유연체부가 팽창될 때에 복수의 섬유부를 따라 스파이럴 형태로 변형 및 회전되므로, 제1홀더부와 제2홀더부가 동시에 회전됨에 따라 회전가동범위와 토크가 증가될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 액추에이터를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 액추에이터를 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 액추에이터를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 액추에이터에서 제1홀더부, 제2홀더부 및 유연체부를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 액추에이터에서 제1홀더부를 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 액추에이터의 제1유연체부에서 제1섬유부의 구조를 도시한 배면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 액추에이터의 제2유연체부에서 제2섬유부의 구조를 도시한 평면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 액추에이터의 제1홀더부에 유체가 유입되는 상태를 도시한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 액추에이터에서 유연체부에 유체가 유입되는 상태를 도시한 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 액추에이터에서 유연체부가 팽창되는 상태를 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 회전 액추에이터의 일 실시예를 설명한다. 회전 액추에이터를 설명하는 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 액추에이터를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 액추에이터를 도시한 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 액추에이터를 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 액추에이터에서 제1홀더부, 제2홀더부 및 유연체부를 도시한 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 액추에이터에서 제1홀더부를 도시한 단면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 액추에이터의 제1유연체부에서 제1섬유부의 구조를 도시한 배면도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 액추에이터의 제2유연체부에서 제2섬유부의 구조를 도시한 평면도이다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 액추에이터(100)는 제1홀더부(110), 제2홀더부(120), 유연체부(130) 및 복수의 섬유부(140)를 포함한다.
제1홀더부(110)에는 유체 주입부(115)가 형성된다. 제1홀더부(110)는 전체적으로 원통형으로 형성될 수 있다. 제1홀더부(110)에는 유체공급장치(미도시)에서 공급되는 유체가 주입되도록 유체 주입부(115)가 형성된다. 제1홀더부(110)는 유체의 압력에 의해 변형되지 않는 플라스틱 재질이나 금속성 재질을 포함하는 강체(rigid body)로 형성된다.
유체공급장치는 유체를 공급하는 유압펌프(미도시)와, 유압펌프와 제1홀더부(110)에 연결되는 유체공급라인(미도시)과, 유체 공급라인의 개도를 조절하는 밸브(미도시)를 포함할 수 있다. 밸브가 개도를 조절함에 의해 제1홀더부(110)에 공급되는 유체의 공급량 및 유압이 조절될 수 있다.
제2홀더부(120)는 제1홀더부(110)에 회전 가능하게 결합된다. 제2홀더부(120)는 전체적으로 원통형으로 형성될 수 있다. 제2홀더부(120)는 유체의 압력에 의해 변형되지 않는 플라스틱 재질이나 금속성 재질을 포함하는 강체로 형성된다. 제2홀더부(120)에는 샤프트(미도시)가 결합된다.
유연체부(130)는 제1홀더부(110)와 제2홀더부(120)에 고정되고, 제1홀더부(110)를 통해 유체가 주입됨에 따라 팽창된다. 유연체부(130)는 압력에 의해 탄성적으로 팽창될 수 있는 엘라스토머(elastomer)로 형성된다. 유연체부(130)는 폴리디메틸실록산(PDMS: polydimethylsiloxane), 실리콘, 아미드 또는 나일론 등을 적어도 하나 이상 포함할 수 있다.
복수의 섬유부(140)는 유연체부(130)에 방사상으로 와선형(spiral shape)을 이루도록 배치되고, 유연체부(130)의 팽창시 유연체부(130)를 회전시킨다. 섬유부(140)는 탄소섬유, 그래핀, 탄소나노튜브 및 탄소 중 적어도 하나 이상을 포함한다. 복수의 섬유부(140)가 유연체부(130)를 와선형으로 지지하므로, 유연체부(130)가 팽창될 때에 복수의 섬유부(140)의 와선 형상을 따라 스파이럴 형태로 변형 내지 회전되면서 팽창된다. 유연체부(130)가 팽창될 때에 복수의 섬유부(140)의 와선 형상을 따라 스파이럴 형태로 변형 및 회전되므로, 제1홀더부(110)와 제2홀더부(120)가 동시에 회전됨에 따라 회전가동범위와 토크가 증가될 수 있다.
복수의 섬유부(140)는 아르키메데스의 산술 와선 공식에 따라 와선형으로 형성된다. 아르키메데스의 와선 공식은
Figure 112021018818508-pat00001
(여기서 a와 b는 실수)이다. 매개변수 a를 바꾸면 와선이 돌아가며, 매개변수 b는 와선의 폭을 바꾼다.
또한, 제1홀더부(110)에 공급되는 유체가 유연체부(130)의 내부로 직접 주입됨에 따라 유연체부(130)가 곧바로 팽창되므로, 회전 액추에이터(100)의 압력응답특성이 현저히 향상될 수 있다. 또한, 유연체부(130)에 공급되는 유체의 유속이나 유량을 조절함에 회전 액추에이터(100)를 용이하게 제어할 수 있다.
유연체부(130)는 제1유연체부(131)와 제2유연체부(135)를 포함한다.
제1유연체부(131)는 제1홀더부(110)에 고정되고, 복수의 제1섬유부(141)가 와선형으로 배치된다. 복수의 제1섬유부(141)는 제1유연체부(131)의 내부에 배치된다. 제2유연체부(135)는 제2홀더부(120)에 고정되고, 복수의 제2섬유부(143)가 와선형으로 배치되며, 제1홀더부(110)를 통해 유체가 주입됨에 따라 제1유연체부(131)와 반대측으로 팽창되도록 제1유연체부(131)에 겹쳐진다. 제1유연체부(131)와 제2유연체부(135)가 서로 겹쳐진 상태로 설치되므로, 회전 액추에이터(100)의 크기를 감소시킬 수 있다.
제1유연체부(131)와 제2유연체부(135) 사이에 유체가 주입됨에 따라 제1유연체부(131)와 제2유연체부(135)는 서로 반대측으로 팽창된다. 이때, 제1유연체부(131)는 제1섬유부(141)의 와선 형상을 따라 스파이럴 형태로 변형 내지 회전되면서 팽창되므로, 제1유연체부(131)에 고정된 제1홀더부(110)가 제1유연체부(131)와 함께 회전된다. 또한, 제2유연체부(135)는 제2섬유부(143)의 와선 형상을 따라 스파이럴 형태로 변형 내지 회전되면서 팽창되므로, 제2유연체부(135)에 고정된 제2홀더부(120)가 제2유연체부(135)와 함께 회전된다. 제1홀더부(110)와 제2홀더부(120)가 제1유연체부(131)와 제2유연체부(135)에 의해 회전되므로, 회전 액추에이터(100)의 회전가동범위가 증가되고, 회전 액추에이터(100)의 토크가 현저히 증가될 수 있다. 또한, 제1홀더부(110)에 유체를 주입하자마자 제1유연체부(131)와 제2유연체부(135) 사이에 유체가 공급되므로, 제1유연체부(131)와 제2유연체부(135)가 곧바로 팽창됨에 따라 회전 액추에이터(100)의 압력응답특성을 현저히 향상시킬 수 있다.
제1섬유부(141)는 제2섬유부(143)에 대하여 반대방향의 와선형으로 배치된다. 예를 들면, 제1섬유부(141)는 제1유연체부(131)의 중심부에서 외측으로 갈수록 반시계방향으로 감기는 와선형으로 배치되고, 제2섬유부(143)는 제2유연체부(135)의 중심부에서 외측으로 갈수록 시계방향으로 감기는 와선형으로 배치될 수 있다. 이때, 하나의 제1섬유부(141)마다 제2섬유부(143)가 하나씩 연결될 수 있고, 제1섬유부(141)와 제2섬유부(143)는 서로 분리될 수 있다.
제1섬유부(141)와 제2섬유부(143)가 서로 반대방향의 와선형으로 배치되므로, 제1유연체부(131)와 제2유연체부(135)가 제1섬유부(141)와 제2섬유부(143)에 의해 반시계방향으로 회전되면서 팽창될 수 있다. 나아가, 제1홀더부(110)와 제2홀더부(120)가 제1유연체부(131)와 제2유연체부(135)에 의해 반대방향으로 회전되므로, 회전 액추에이터(100)의 회전가동범위가 2배 정도 증가되고, 회전 액추에이터(100)의 토크가 현저히 증가될 수 있다.
제1유연체부(131)는 제1홀더부(110)에 고정되는 제1고정부(132)와, 제1고정부(132)에서 외측으로 연장되고, 제2유연체부(135)에 겹쳐되는 제1팽창부(133)를 포함한다. 제1고정부(132)는 제1팽창부(133)에서 수직하게 돌출된다.
제2유연체부(135)는 제2홀더부(120)에 고정되는 제2고정부(136)와, 제1팽창부(133)에 겹쳐지도록 제2고정부(136)에서 외측으로 연장되고, 제1팽창부(133)와의 사이로 유체가 주입됨에 따라 제1팽창부(133)와 반대방향으로 팽창되는 제2팽창부(137)를 포함한다. 제2고정부(136)는 제2팽창부(137)에서 제1고정부(132)와 반대측으로 수직하게 돌출된다.
제1고정부(132)와 제2고정부(136)는 제1팽창부(133)와 제2팽창부(137)의 중심부에 원통형으로 각각 형성되고, 제1팽창부(133)와 제2팽창부(137)는 원판 형태로 각각 형성된다. 제1고정부(132)와 제2고정부(136)는 양측이 개방되는 원통형으로 형성된다. 이때, 제1홀더부(110)와 제2홀더부(120)가 제1팽창부(133)와 제2팽창부(137)의 중심부에 각각 설치되므로, 회전 액추에이터(100)가 수직하게 설치되거나 수평하게 설치되더라도 회전 액추에이터(100)의 회전축이 편향되거나 편심되지 않은 오프 액시스 강성(off-axis stiffness)을 확보할 수 있다.
회전 액추에이터(100)는 제1고정부(132)를 제1홀더부(110)에 압착 고정시키는 제1클램프부(150)와, 제2고정부(136)를 제2홀더부(120)에 압착 고정시키는 제2클램프부(160)를 더 포함한다. 제1클램프부(150)는 제1고정부(132)의 외측면을 둘러싸도록 설치되는 제1클램핑 밴드부(151)와, 제1클램핑 밴드부(151)를 조이거나 풀어주도록 제1클램핑 밴드부(151)에 회전 가능하게 설치되는 제1스크류부(153)를 포함한다. 제2클램프부(160)는 제2고정부(136)의 외측면을 둘러싸도록 설치되는 제2클램핑 밴드부(161)와, 제2클램핑 밴드부(161)를 조이거나 풀어주도록 제2클램핑 밴드부(161)에 회전 가능하게 설치되는 제2스크류부(163)를 포함한다.
제1홀더부(110)에는 제1유연체부(131)와 제2유연체부(135) 사이로 유체가 주입되도록 복수의 유체 통로부(116)가 형성된다. 복수의 유체 통로부(116)는 제1유연체부(131)와 제2유연체부(135)가 겹쳐지는 부분에 대향되도록 제1홀더부(110)의 원주방향을 따라 배치된다. 따라서, 유체 주입부(115)의 유체가 복수의 유체 통로부(116)를 통해 제1유연체부(131)와 제2유연체부(135) 사이로 곧바로 공급될 수 있다. 따라서, 유체가 유체 주입부(115)와 유체 통로부(116)를 통과하는 동안에 거의 지체되지 않으므로, 제1유연체부(131)와 제2유연체부(135)가 유체의 주입시 곧바로 팽창되면서 회전된다. 따라서, 회전 액추에이터(100)의 압력응답특성이 현저히 향상될 수 있다.
제2유연체부(135)와 제2유연체부(135) 사이에는 유체 통로부(116)에 대응되도록 유체 진입부(117)가 형성된다. 유체 진입부(117)는 유체 통로부(116)에 대응되도록 제1홀더부(110)의 원주방향을 따라 환형으로 형성된다. 유체 진입부(117)가 제2유연체부(135)와 제2유연체부(135) 사이에 형성되고, 유체 통로부(116)에 대응되게 형성되므로, 유체 통로부(116)를 통과한 유체가 유체 진입부(117)를 가압함에 따라 제2유연체부(135)와 제2유연체부(135)의 중심부 측이 원활하게 벌어지게 할 수 있다.
유체 진입부(117)는 유체 통로부(116) 측에서 외측으로 갈수록 수렴되는 형태로 형성된다. 유체 진입부(117)의 폭은 제1홀더부(110)의 벽면 두께 이하로 형성될 수 있다. 유체 진입부(117)의 단면은 외측이 뾰족하게 형성되는 쐐기 형태로 형성된다. 따라서, 유체가 유체 진입부(117)의 외측으로 갈수록 압력이 집중되면서 제1유연체부(131)와 제2유연체부(135) 사이로 용이하게 침투될 수 있다.
회전 액추에이터(100)는 제1홀더부(110)와 제2홀더부(120) 사이에 설치되는 베어링부(170)를 더 포함한다. 제1홀더부(110)의 상측에는 유체가 제2홀더부(120) 측으로 유동되는 것을 차단하도록 제1차폐부(112)가 형성된다. 제1차폐부(112)에는 베어링부(170)가 결합되도록 보스부(113)가 형성된다. 제2홀더부(120)의 내부에는 제2홀더부(120)의 내부 공간을 차폐하도록 제2차폐부(122)가 형성되고, 제2차폐부(122)의 상측 공간에는 샤프트가 결합된다. 제2홀더부(120)의 하측 공간과 제1홀더부(110)의 보스부(113) 사이에는 베어링부(170)가 설치된다. 베어링부(170)는 제1홀더부(110)와 제2홀더부(120) 사이의 마찰을 최소화시킴에 따라 제1홀더부(110)와 제2홀더부(120)가 부드럽게 회전되도록 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 액추에이터의 작동에 관해 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 액추에이터의 제1홀더부에 유체가 유입되는 상태를 도시한 단면도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 액추에이터에서 유연체부에 유체가 유입되는 상태를 도시한 단면도이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 액추에이터에서 유연체부가 팽창되는 상태를 도시한 단면도이다.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 제1홀더부(110)의 유체 주입부(115)에 유체가 공급되면, 유체 주입부(115)의 유체는 유체 통로부(116)를 통해 유체 진입부(117)로 유동되고, 유체 진입부(117)에서 압력이 상승된 유체는 제1유연체부(131)와 제2유연체부(135) 사이로 유동된다. 이때, 유체 주입부(115)와 유체 통로부(116)의 단면적은 유체 주입부(115)의 단면적에 비해 현저히 협소하게 형성되므로, 유체는 유체 주입부(115)와 유체 통로부(116)를 통과하는 동안에 거의 지연되거나 정체되지 않고 제1유연체부(131)와 제2유연체부(135) 사이로 곧바로 유입된다. 따라서, 제1홀더부(110)에 유체를 공급함과 거의 동시에 제1유연체부(131)와 제2유연체부(135)가 서로 반대방향으로 팽창되므로, 회전 액추에이터(100)의 압력응답특성이 현저히 향상될 수 있다.
제1섬유부(141)와 제2섬유부(143)가 서로 반대방향의 와선형으로 배치되므로, 제1유연체부(131)와 제2유연체부(135)가 제1섬유부(141)와 제2섬유부(143)에 의해 반시계방향으로 회전되면서 팽창될 수 있다. 따라서, 제1홀더부(110)와 제2홀더부(120)가 제1유연체부(131)와 제2유연체부(135)에 의해 반대방향으로 회전되므로, 하나의 유연체부(130)가 팽창되면서 회전되는 구조에 비해 본 발명의 회전 액추에이터(100)는 회전가동범위가 2배 정도 증가되고, 회전 액추에이터(100)의 토크가 현저히 증가될 수 있다.
유연체부(130)에서 유체가 배출됨에 따라 제1유연체부(131)와 제2유연체부(135)는 원판 형태로 복원된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100: 회전 액추에이터 110: 제1홀더부
111: 제1홀더 바디부 112: 제1차폐부
113: 보스부 115: 유체 주입부
116: 유체 통로부 117: 유체 진입부
120: 제2홀더부 121: 제2홀더 바디부
122: 제2차폐부 130: 유연체부
131: 제1유연체부 132: 제1고정부
133: 제1팽창부 135: 제2유연체부
136: 제2고정부 137: 제2팽창부
140: 섬유부 141: 제1섬유부
143: 제2섬유부 150: 제1클램프부
151: 제1클램핑 밴드부 153: 제1스크류부
160: 제2클램프부 161: 제2클램핑 밴드부
163: 제2스크류부 170: 베어링부

Claims (11)

  1. 유체 주입부가 형성되는 제1홀더부;
    상기 제1홀더부에 회전 가능하게 결합되는 제2홀더부;
    상기 제1홀더부와 상기 제2홀더부에 고정되고, 상기 제1홀더부를 통해 유체가 주입됨에 따라 팽창되는 유연체부; 및
    상기 유연체부에 방사상으로 와선형을 이루도록 배치되고, 상기 유연체부의 팽창시 상기 유연체부를 회전시키는 복수의 섬유부를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 액추에이터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유연체부는,
    상기 제1홀더부에 고정되고, 복수의 제1섬유부가 와선형으로 배치되는 제1유연체부; 및
    상기 제2홀더부에 고정되고, 복수의 제2섬유부가 와선형으로 배치되며, 상기 제1홀더부를 통해 유체가 주입됨에 따라 상기 제1유연체부와 반대측으로 팽창되도록 상기 제1유연체부에 겹쳐지는 제2유연체부를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 액추에이터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1섬유부는 상기 제2섬유부에 대하여 와선형이 반대방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 회전 액추에이터.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1유연체부는,
    상기 제1홀더부에 고정되는 제1고정부; 및
    상기 제1고정부에서 외측으로 연장되고, 상기 제2유연체부에 겹쳐되는 제1팽창부를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 액추에이터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2유연체부는,
    상기 제2홀더부에 고정되는 제2고정부; 및
    상기 제1팽창부에 겹쳐지도록 상기 제2고정부에서 외측으로 연장되고, 상기 제1팽창부와의 사이로 유체가 주입됨에 따라 상기 제1팽창부와 반대방향으로 팽창되는 제2팽창부를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 액추에이터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1고정부와 상기 제2고정부는 상기 제1팽창부와 상기 제2팽창부의 중심부에 원통형으로 각각 형성되고,
    상기 제1팽창부와 상기 제2팽창부는 원판 형태로 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 회전 액추에이터.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1고정부를 상기 제1홀더부에 압착 고정시키는 제1클램프부; 및
    상기 제2고정부를 상기 제2홀더부에 압착 고정시키는 제2클램프부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 액추에이터.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제1홀더부에는 상기 제1유연체부와 상기 제2유연체부 사이로 유체가 주입되도록 복수의 유체 통로부가 형성되는 것을 특징으로 하는 회전 액추에이터.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2유연체부와 상기 제2유연체부 사이에는 상기 유체 통로부에 대응되도록 유체 진입부가 형성되는 것을 특징으로 하는 회전 액추에이터.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 유체 진입부는 상기 유체 통로부 측에서 외측으로 갈수록 수렴되는 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 회전 액추에이터.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1홀더부와 상기 제2홀더부 사이에 설치되는 베어링부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 액추에이터.
KR1020210020718A 2021-02-16 2021-02-16 회전 액추에이터 KR102247634B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210020718A KR102247634B1 (ko) 2021-02-16 2021-02-16 회전 액추에이터
US17/672,139 US11603870B2 (en) 2021-02-16 2022-02-15 Rotary actuator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210020718A KR102247634B1 (ko) 2021-02-16 2021-02-16 회전 액추에이터

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102247634B1 true KR102247634B1 (ko) 2021-05-04

Family

ID=75913728

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210020718A KR102247634B1 (ko) 2021-02-16 2021-02-16 회전 액추에이터

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11603870B2 (ko)
KR (1) KR102247634B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102322499B1 (ko) * 2021-06-01 2021-11-08 성균관대학교산학협력단 양방향 회전 액추에이터
KR102465725B1 (ko) * 2022-01-05 2022-11-11 성균관대학교산학협력단 회전 액추에이터
KR102570620B1 (ko) * 2022-09-02 2023-08-25 성균관대학교산학협력단 회전 액추에이터

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180252244A1 (en) * 2015-09-14 2018-09-06 Tokyo Institute Of Technology Mckibben artificial muscle
KR102004484B1 (ko) * 2018-06-07 2019-07-26 성균관대학교산학협력단 회전 액추에이터

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1937402C3 (de) * 1969-07-23 1974-08-01 Kleinwaechter, Hans, Prof. Dr.-Ing., 7850 Loerrach Fluidmuskel
US4108050A (en) * 1974-08-14 1978-08-22 Paynter Henry M Fluid-driven torsional operators for turning rotary valves and the like
JPH04145206A (ja) * 1990-10-04 1992-05-19 Bridgestone Corp 中空型弾性伸縮体
EP1059459B1 (de) * 1999-06-09 2004-07-28 Festo AG & Co Fluidbetätigter Drehantrieb
KR101639520B1 (ko) 2015-03-11 2016-07-14 성균관대학교산학협력단 공압식 인공근육 구동기

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180252244A1 (en) * 2015-09-14 2018-09-06 Tokyo Institute Of Technology Mckibben artificial muscle
KR102004484B1 (ko) * 2018-06-07 2019-07-26 성균관대학교산학협력단 회전 액추에이터

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102322499B1 (ko) * 2021-06-01 2021-11-08 성균관대학교산학협력단 양방향 회전 액추에이터
KR102465725B1 (ko) * 2022-01-05 2022-11-11 성균관대학교산학협력단 회전 액추에이터
KR102570620B1 (ko) * 2022-09-02 2023-08-25 성균관대학교산학협력단 회전 액추에이터

Also Published As

Publication number Publication date
US11603870B2 (en) 2023-03-14
US20220260096A1 (en) 2022-08-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102247634B1 (ko) 회전 액추에이터
US5465756A (en) Butterfly valve plate for a pneumatic surge valve
JP3555936B2 (ja) 多流路形ロータリジョイント
JP2503140B2 (ja) スロットル弁
JPH02264046A (ja) 編組フィラメント製密封素子
KR102322499B1 (ko) 양방향 회전 액추에이터
KR102004484B1 (ko) 회전 액추에이터
KR101476518B1 (ko) 버터플라이 밸브의 밸브체
KR20210116796A (ko) 회전 액추에이터
US5992818A (en) Control valve and method of making and installing
JPH10281339A (ja) 下流の翼形インサートを有する低騒音のボール弁組立体
KR20000035549A (ko) 회전 밸브
JPH112210A (ja) シリンダアクチュエータ
WO2018101161A1 (ja) 密封装置
KR20170126759A (ko) 기밀성이 향상된 버터플라이 밸브
EP3301320B1 (en) A rotary damper
JP2005003022A (ja) スピンドル式切換弁
KR102465725B1 (ko) 회전 액추에이터
JP6002537B2 (ja) 軸封装置
KR200310697Y1 (ko) 오리피스 밸브
KR100476405B1 (ko) 게이트밸브
JP3228724U (ja) 同期開閉型ダブルピストンバルブ
CN212615684U (zh) 一种叠加式压力补偿装置
JP7350448B2 (ja) メカニカルシール
JP2002106725A (ja) バタフライ弁の軸封構造

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant