KR20200029309A - Braille actuator - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 점자 액추에이터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회전부재의 경사면 및 그에 대응되는 점자 돌기의 경사면의 함수가 3차식 이상에 해당되는 비상수 곡률곡선(Non-constant curvature curve)을 갖는 회전 부재와 점자 돌기가 마찰저항에 강하고 모터의 토크 곡선에 따라 원활히 운동할 수 있는 점자 액추에이터에 관한 것이다.The present invention relates to a braille actuator, and more specifically, a rotating member having a non-constant curvature curve having a function of an inclined surface of a rotating member and a corresponding inclined surface of a braille protrusion corresponding to a third order or more. The present invention relates to a braille actuator, which has strong friction resistance and can smoothly move according to the torque curve of the motor.
최근 스마트폰과 같은 스마트 기기의 사용이 증가함에 따라 정상인들의 경우 다양한 정보를 쉽게 접하는 것이 가능하지만 시각장애인들에게는 이러한 스마트기기를 사용하는데 어려움이 있어 정보격차가 더욱 커지고 있다. 휴대성과 접근성이 강화된 시각장애인들을 위한 보조공학기기의 수요가 더욱 커지고 있는 것이다.Recently, as the use of smart devices such as smartphones increases, it is possible for normal people to easily access various information, but the information gap is widening due to difficulties in using such smart devices for the visually impaired. The demand for assistive technology devices for the visually impaired with enhanced portability and accessibility is growing.
이러한 보조공학기기 중 대표적인 것은 시각장애인의 노트북이라고 할 수 있는 점자 정보 단말기이다. 점자 정보 단말기는 컴퓨터의 모니터에 표시되는 텍스트 정보들을 전기적인 신호로 변환하여 점자 액추에이터를 통해 표시한다.A representative of these assistive technology devices is a braille information terminal that can be said to be a laptop for the visually impaired. A braille information terminal converts text information displayed on a computer monitor into an electrical signal and displays it through a braille actuator.
점자 액추에이터는 점자 정보 단말기의 핵심부품으로 현재 상용화된 제품의 대부분은 피에조 방식의 점자 액추에이터를 사용한다.The braille actuator is a core part of the braille information terminal, and most of the commercially available products use piezo actuators.
피에조 점자 액추에이터는 압전 현상을 이용하는 특성상 200V 정도의 고전압을 인가해야 하기 때문에 이를 위한 별도의 회로가 요구된다. 또한, 피에조의 물리적 특성으로 인해 점자핀의 작동을 위한 큰 부피가 요구되며, 이로 인해 소형화가 어려움은 물론 여러 줄의 점자 표현 및 촉각 디스플레이이의 표현이 어려운 한계가 있었다. 이러한 자체적인 한계로 이를 대체하려는 많은 시도가 있었으나 모두 실패하였고 상용화된 이후 30여년동안 계속해서 사용해 왔다.Piezo braille actuators require a separate circuit for this, because a high voltage of about 200V must be applied due to the nature of using the piezoelectric phenomenon. In addition, due to the physical characteristics of the piezo, a large volume for the operation of the braille pin is required, and as a result, there is a limitation in that it is difficult to miniaturize and to express multiple lines of braille and tactile display. There have been many attempts to replace it due to these limitations, but all have failed and have been in use for over 30 years since being commercialized.
최근 소형화, 저가격화에 따른 수요와 한 페이지에 전자 점자를 표시하는 디스플레이, 촉각 디스플레이 등의 수요가 높아져 새로운 방식의 점자 액추에이터의 개발이 활발하게 이루어지고 있다.Recently, the demand for miniaturization and low price, and the demand for displays such as electronic braille display and tactile display on one page have increased, and thus, a new type of braille actuator has been actively developed.
최근 새로운 방식으로 시도되는 점자 액추에이터 중 하나는 솔레노이드를 이용한 방법이다. 영구자석과 전자석을 이용하여 돌출시키고자 하는 점자 돌기 주변에 설치된 전자석에 전류를 인가하여 영구 자석 사이에 척력 또는 인력을 형성시킴으로 써 정보를 출력할 수 있다. One of the braille actuators that have been tried in a new way is a solenoid method. Information can be output by forming a repulsive force or attraction between permanent magnets by applying a current to the electromagnets installed around the braille projections to be protruded using the permanent magnets and electromagnets.
솔레노이드 현상 자체만 사용했을 경우 점자 액추에이터가 점자를 표시하는 동안에는 계속해서 전기를 소모하기 때문에 휴대성이 강조되는 저전력 제품 적용하기는 어렵다. 이를 극복하기 위해 기계적인 구조물, 기구의 형상들을 이용하여 액추에이터가 작동하는 동안에만 전기를 사용하는 저전력 방식의 액추에이터가 개발되었다.When only the solenoid phenomenon itself is used, it is difficult to apply a low-power product that emphasizes portability because the braille actuator continuously consumes electricity while displaying the braille. To overcome this, a low-power actuator has been developed that uses electricity only while the actuator is operating using the shapes of mechanical structures and mechanisms.
이러한 점자 출력 장치의 개략적인 구성에 대해 설명하면, 피스톤, 캠 및 그 사이에 위치되는 점자 액추에이터를 포함할 수 있다. 여기서 점자 액추에이터는 회전부재와, 회전부재의 회전에 따라 상승 또는 하강하는 점자 돌기를 포함할 수 있다.The schematic configuration of such a braille output device may include a piston, a cam, and a braille actuator positioned between them. Here, the braille actuator may include a rotating member and a braille protrusion that rises or falls according to the rotation of the rotating member.
그런데, 종래의 점자 출격 장치에 있어서는, 점자 돌기의 입구 부분에 이물질이 있거나 캠의 프로파일을 형성하는 표면 거칠기에 미세한 표면 일어남이나 금형의 사출 불량으로 인한 높은 표면 거칠기 또는 진행성 불량인 표면 박리 등으로 인해 피스톤이 움직이지 않는 경우가 발생된다.However, in the conventional braille scramble device, there is a foreign matter in the entrance portion of the braille protrusion or a fine surface occurs due to the surface roughness forming the profile of the cam, or due to high surface roughness due to poor injection of the mold or surface peeling due to poor progression, etc. The piston does not move.
또한, 토크가 일정 시간이 지나야만 최대 토크가 되는 한계가 있다. 다시 말해, 회전부재가 일정 회전 수가 되어야 토크값이 나오기 때문에 그 사이 구간을 데드존(Dead Zone)이라 할 수 있으며, 정지 마찰이 커지거나 표면이 거칠어지는 진행성 불량, 모터를 구동하는 초기 전압이나 전류의 불안정성으로 인한 구동토크의 감소, 이물질의 끼임, 표면의 박리 등 많은 요인에 의해 회전부재가 운동하지 않는 문제가 발생한다.In addition, there is a limit to the maximum torque only after a certain period of time. In other words, since the torque value comes out only when the rotating member has a certain number of rotations, the interval between them can be called a dead zone, and the progression of static friction increases or the surface becomes rough, the initial voltage or current driving the motor A problem that the rotating member does not move due to a number of factors such as reduction in driving torque due to instability of the product, jamming of foreign substances, and peeling of the surface occurs.
이에, 피스톤의 이동을 위한 토크 발생을 충분히 할 수 있는 새로운 구조의 점자 액추에이터 및 그를 구비한 점자 출력 장치의 개발이 요구되는 실정이다.Accordingly, there is a need to develop a braille actuator having a new structure capable of sufficiently generating torque for moving the piston and a braille output device having the same.
관련 선행기술로는 대한민국 공개특허공보 제10-2016-0115431호(발명의 명칭: 점자 액추에이터 및 이를 이용한 점자 출력 장치, 공개일자: 2016년 10월 06일)가 있다.A related prior art is Republic of Korea Patent Publication No. 10-2016-0115431 (invention name: braille actuator and braille output device using the same, published date: October 06, 2016).
본 발명의 실시예들은 회전부재의 경사면 및 그에 대응되는 점자 돌기의 경사면의 함수가 비상수 곡률곡선(Non-constant curvature curve)을 갖는 회전 부재와 점자 돌기가 마찰저항에 강하고 모터의 토크 곡선에 따라 원활히 운동할 수 있는 점자 액추에이터를 제공한다.In the embodiments of the present invention, a rotating member and a braille projection having a non-constant curvature curve having a function of an inclined surface of the rotating member and a corresponding inclined surface of the braille projection are strong in frictional resistance and according to the torque curve of the motor. It provides a braille actuator that can move smoothly.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the problem (s) mentioned above, and another problem (s) not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명의 실시예에 따른 점자 액추에이터는 회전력을 발생시키는 회전 구동부, 상기 회전 구동부로부터 제공되는 구동력에 의해 회전하며, 상면은 경사면으로 형성되는 회전부재 및 상기 회전부재의 경사면과 대응되는 경사면을 구비하며, 상기 회전부재의 회전 시 상승하거나 하강하는 점자 돌기를 포함하며, 상기 회전부재의 경사면 및 상기 점자 돌기의 경사면은 비상수 곡률곡선(Non-constant curvature curve) 형태를 포함할 수 있다.The braille actuator according to an embodiment of the present invention is rotated by a rotational driving unit that generates rotational force, a driving force provided from the rotational driving unit, and an upper surface includes a rotating member formed of an inclined surface and an inclined surface corresponding to the inclined surface of the rotating member, , Includes a braille protrusion that rises or falls when the rotating member rotates, and the inclined surface of the rotating member and the inclined surface of the braille protrusion may include a non-constant curvature curve.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 비상수 곡률곡선은 사이클로이드 곡선을 포함한 3차 다항식 이상의 곡률곡선 중 어느 하나일 수 있으며, 접선의 기울기가 증가하는 구간을 캠의 프로파일(profile)로 이용할 수 있다.In addition, the non-constant curvature curve according to an embodiment of the present invention may be any one of a curvature curve of a cubic polynomial or higher, including a cycloidal curve, and a section in which the slope of the tangent increases is used as a profile of the cam. have.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 회전부재의 경사면은, 상기 비상수 곡률곡선 형태로 비탈면을 형성하는 경사 구간을 포함하고, 상기 경사 구간에 연장되며, 상기 회전부재의 상면 중 최저점에서 수평 방향으로 형성되는 가속 구간을 포함할 수 있으며, 상기 점자 돌기의 경사면은 상기 회전부재의 경사면의 경사 구간과 대응되도록 형성된 경사 구간을 포함할 수 있다.In addition, the inclined surface of the rotating member according to an embodiment of the present invention includes an inclined section forming a slope in the form of the non-curvature curve, extends to the inclined section, and is horizontal at the lowest point of the upper surface of the rotating member An acceleration section formed in the direction may be included, and the inclined surface of the braille projection may include an inclined section formed to correspond to the inclined section of the inclined surface of the rotating member.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 회전부재의 경사면은, 상기 경사 구간에 연장되되 수평 또는 아래로 기울어지는 형상으로 형성되어 상기 회전부재에 대한 상기 점자 돌기의 임의의 하강을 방지하는 것을 하강 방지 경사 구간을 더 포함할 수 있다.In addition, the inclined surface of the rotating member according to an embodiment of the present invention is extended to the inclined section, but is formed in a shape inclined horizontally or downward to prevent any descending of the braille protrusion from the rotating member. It may further include a prevention slope section.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 회전 구동부는, 회전부재를 회전시키기 위한 여러 종류의 모터를 사용할 수 있으며, 대표적으로 PM(Permanent Magnetic) DC 모터를 사용할 수 있다.In addition, the rotation driving unit according to an embodiment of the present invention may use various types of motors for rotating the rotating member, and typically a PM (Permanent Magnetic) DC motor.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 점자 액추에이터는, 상기 회전부재의 회전에 의한 상기 점차 돌기의 상승 또는 하강 시, 상기 점자 돌기의 회전을 방지하기 위한 돌기 안내부를 더 포함할 수 있으며, 상기 돌기 안내부는 외부로 돌출되어 있거나, 내부로 홈이 파인 형상일 수 있다.In addition, the braille actuator according to an embodiment of the present invention may further include a protrusion guide for preventing rotation of the braille protrusion when the protrusion gradually rises or falls due to rotation of the rotating member. The guide portion may protrude outward, or may have a grooved shape inward.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 점자 액추에이터는, 상기 회전부재를 감싸는 액추에이터 하우징을 더 포함하며, 상기 회전부재의 외면에는 외부로 돌출되거나 내부로 홈이 파인 스토퍼가 구비되고, 상기 액추에이터 하우징에는 상기 스토퍼에 걸림으로써 상기 회전부재의 회전을 제어하는 걸림부재가 구비될 수 있다.In addition, the braille actuator according to an embodiment of the present invention further includes an actuator housing surrounding the rotating member, an outer surface of the rotating member is provided with a stopper projecting to the outside or grooved therein, and the actuator housing A locking member that controls rotation of the rotating member may be provided by engaging the stopper.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 점자 액추에이터의 경사면 형상은, 상기 회전부재의 사이클로이드 곡선 형태를 좌표평면의 X축에 대칭이동시키는 경우 x 및 y 좌표는, x=a(t-sint), y=a(1-cost)로 나타낼 수 있다(여기서 a는 사이클로이드를 형성하는 원의 반경이고, t는 시간임). In addition, the shape of the inclined surface of the braille actuator according to an embodiment of the present invention, when the cycloid curve of the rotating member is flipped on the X axis of the coordinate plane, x and y coordinates are x = a (t-sint), y = a (1-cost) (where a is the radius of the circle forming the cycloid, and t is time).
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.Specific details of other embodiments are included in the detailed description and accompanying drawings.
본 발명의 실시예에 따르면, 회전부재의 경사면 및 그에 대응되는 점자 돌기의 경사면이 비상수 곡률곡선 형태로 마련됨으로써 모터의 과도 응답 특성에서 원하는 지령값의 최대 토크가 발생하는 구간 사이의 과도 응답 구간에서 점자 돌기를 적절하게 밀어 올리지 못하는 점을 방지할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a transient response section between sections in which a maximum torque of a desired command value occurs in a transient response characteristic of a motor by providing an inclined surface of a rotating member and a corresponding inclined surface of a braille protrusion in the form of a non-constant curvature curve In this way, it is possible to prevent the braille protrusion from being pushed up properly.
또한, 회전부재의 제작 시 발생하는 외부 표면이 거칠게 형성되어 정지마찰계수가 커지거나 초기에는 균일하고 마찰계수가 작게 제작이 되었어도 반복되는 사용으로 표면이 일어나서 거칠어지는 진행성 불량, 모터를 구동하는 초기 전압이나 전류의 불안정성으로 인한 구동토크의 감소, 이물질의 끼임 등 운동을 방해하는 여러가지 요인에 대해서 강건설계가 가능하여 점자 학습기의 움직임에 대한 미작동 확률이 크게 낮아질 수 있다.In addition, the external surface generated during the manufacture of the rotating member is roughly formed, and the static friction coefficient is increased or the uniformity is initially uniform and the friction coefficient is small. However, due to the instability of the current, a strong construction system is possible for various factors that interfere with movement, such as reduction in driving torque and trapping of foreign matter, and the probability of non-operation for the movement of the braille learner can be greatly reduced.
도 1은 직류 전동기의 정상상태 속도-토크 특성 곡선이다.
도 2는 직류 전동기의 과도 응답 특성 그래프이다.
도 3은 점자 액추에이터의 힘 평형식을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4a는 기존 회전부재의 경사면이 선형일 때의 점자 액추에이터 개념도이고, 도 4b는 본 발명에 따른 회전부재의 경사면이 비상수 곡률곡선일 때의 점자 액추에이터 개념도이다.
도 5는 표면이 손상된 회전부재 경사면의 SEM 사진이다.
도 6a는 정상적인 회전부재 경사면의 표면 개념도이고, 도 6b는 반복된 사용으로 회전부재 경사면의 표면이 일어난 개념도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 점자 액추에이터의 작동을 도시한 도면이다.
도 8은 도 7의 둘째 도면을 반대 방향에서 바라본 도면이다.
도 9는 도 7 및 도 8의 회전부재를 여러 방향에서 바라본 도면이다.
도 10은 도 7에 도시된 회전부재의 경사면을 2차원으로 펼쳤을 때 사이클로이드 곡선과 다항식 곡선을 나타내는 도면이다.
도 11a는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차 다항식 그래프이고, 도 11b는 본 발명의 일 실시예에 따른 4차 다항식 그래프이고, 도 11c는 본 발명의 일 실시예에 따른 4차 다항식 그래프이고, 도 11d는 본 발명의 일 실시예에 따른 5차 다항식 그래프이고, 도 11e는 본 발명의 일 실시예에 따른 6차 다항식 그래프이다.
도 12는 도 7에 도시된 회전부재의 제1 실시예에 따른 회전 방지 구조를 도시한 도면이다.
도 13은 도 7에 도시된 회전부재의 제2 실시예에 따른 회전 방지 구조를 도시한 도면이다.
도 14는 비상수 곡률곡선 형태 중 하나인 사이클로이드 곡선의 궤적을 그린 그래프이다.1 is a steady-state speed-torque characteristic curve of a DC motor.
2 is a transient response characteristic graph of a DC motor.
3 is a conceptual diagram for explaining a force balance equation of a braille actuator.
4A is a conceptual diagram of a braille actuator when the inclined surface of a conventional rotating member is linear, and FIG. 4B is a conceptual diagram of a braille actuator when the inclined surface of the rotating member according to the present invention is a non-constant curvature curve.
5 is an SEM photograph of the inclined surface of the rotating member whose surface is damaged.
Figure 6a is a conceptual view of the surface of a normal rotating member inclined surface, Figure 6b is a conceptual view of the surface of the rotating member inclined surface after repeated use.
7 is a view showing the operation of the braille actuator according to an embodiment of the present invention.
8 is a view of the second view of FIG. 7 viewed from the opposite direction.
9 is a view of the rotating member of FIGS. 7 and 8 viewed from various directions.
10 is a view showing a cycloid curve and a polynomial curve when the inclined surface of the rotating member shown in FIG. 7 is unfolded in two dimensions.
11A is a third order polynomial graph according to an embodiment of the present invention, FIG. 11B is a fourth order polynomial graph according to an embodiment of the present invention, and FIG. 11C is a fourth order polynomial graph according to an embodiment of the present invention , FIG. 11D is a fifth-order polynomial graph according to an embodiment of the present invention, and FIG. 11E is a sixth-order polynomial graph according to an embodiment of the present invention.
12 is a view showing a rotation preventing structure according to the first embodiment of the rotating member shown in FIG. 7.
13 is a view showing a rotation preventing structure according to a second embodiment of the rotating member shown in FIG. 7.
14 is a graph depicting a trajectory of a cycloid curve that is one of the non-constant curvature curves.
본 발명의 특징들, 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 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 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 구성요소를 지칭한다.Features of the present invention, and a method of achieving them will be clarified with reference to embodiments described below in detail together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various different forms, and only the present embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the art to which the present invention pertains. It is provided to completely inform the person having the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. The same reference numerals refer to the same components throughout the specification.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 실시예에 따르면, 회전부재의 경사면 및 그에 대응되는 점자 돌기의 경사면이 비상수 곡률곡선 형태로 마련됨으로써 모터의 과도 응답 특성에서 원하는 지령값의 최대 토크가 발생하는 구간 사이의 과도 응답 구간에서 점자 돌기를 적절하게 밀어 올리지 못하는 점을 방지할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a transient response section between sections in which a maximum torque of a desired command value occurs in a transient response characteristic of a motor by providing an inclined surface of a rotating member and a corresponding inclined surface of a braille protrusion in the form of a non-constant curvature curve In this way, it is possible to prevent the braille protrusion from being pushed up properly.
또한, 회전부재의 제작 시 발생하는 외부 표면이 거칠게 형성되어 정지마찰계수가 커지거나 초기에는 균일하고 마찰계수가 작게 제작이 되었어도 반복되는 사용으로 표면이 일어나서 거칠어지는 진행성 불량, 모터를 구동하는 초기 전압이나 전류의 불안정성으로 인한 구동토크의 감소, 이물질의 끼임 등 운동을 방해하는 여러 가지 요인에 대해서 강건설계가 가능하여 점자 학습기의 움직임에 대한 미작동 확률이 크게 낮아질 수 있다.In addition, the external surface generated during the manufacture of the rotating member is roughly formed, and the static friction coefficient is increased or the uniformity is initially uniform and the friction coefficient is small. However, due to the instability of the current, a strong construction system is possible for various factors that impede movement, such as reduction of driving torque and trapping of foreign matter, and the probability of non-operation for movement of the braille learner can be greatly reduced.
도 1은 직류 전동기의 정상상태 속도-토크 특성 곡선인데, 직류 전동기가 정상상태일 때 직류 전동기의 토크와 전류는 비례하고, 속도와 토크는 반비례하며, 정격 토크일 때의 해당 전류 및 속도를 각각 정격 전류 및 정격 속도라고 한다.1 is a steady-state speed-torque characteristic curve of a DC motor. When the DC motor is in a steady state, the torque and current of the DC motor are proportional, the speed and torque are inversely proportional, and the corresponding current and speed at the rated torque are respectively. It is called rated current and rated speed.
도 2는 직류 전동기의 과도 응답 특성 그래프인데, 실제 전동기를 제어하는 경우에는 정상상태 특성 못지 않게 전동기의 속도가 어떠한 궤적을 따라 그 최종값에 도달하는가를 나타내는 과도 응답 특성이 매우 중요하며, 도 2에 도시된 바와 같이, 속도 지령에 대한 여러 과도 응답 특성을 나타낸다.FIG. 2 is a graph of transient response characteristics of a DC motor. When controlling the actual motor, the transient response characteristic indicating which trajectory of the motor reaches its final value is as important as that of the steady state characteristic. As shown in, it exhibits several transient response characteristics to the speed command.
도 3은 점자 액추에이터의 힘 평형식을 설명하기 위한 개념도이다. 여기서, FM은 모터가 밀어 올리는 힘(모터 출력으로 인한 힘)이고, Fμ는 마찰저항력, Fp는 점자 돌기 자중의 힘이고, θ는 회전부재의 경사각이라고 할 때, 점자 돌기의 x방향 힘은 sinθ·Fp이고, y방향 힘은 cosθ·Fp이며, 점자 액추에이터 구동의 힘 평형식은 아래 수식들을 만족할 수 있다.3 is a conceptual diagram for explaining a force balance equation of a braille actuator. Here, F M is the force that the motor pushes up (force due to motor output), F μ is the frictional resistance, F p is the force of the braille projection weight, and θ is the inclination angle of the rotating member, the x direction of the braille projection The force is sinθ · F p , the y-direction force is cosθ · F p , and the force balance equation of braille actuator driving can satisfy the following equations.
[수식 1][Equation 1]
cosθ·FM = sinθ·Fp + Fμ cosθ · F M = sinθ · F p + F μ
이때, 점자 액추에이터는 하기 수식 2를 만족할 때 원활하게 점자 돌기를 밀어 올릴 수 있다.At this time, the braille actuator can smoothly push the braille projection when
[수식 2][Equation 2]
cosθ·FM > sinθ·Fp + Fμ cosθ · F M > sinθ · F p + F μ
도 4a는 기존 회전부재의 경사면이 선형일 때의 점자 액추에이터 개념도이고, 도 4b는 본 발명에 따른 회전부재의 경사면이 비상수 곡률곡선일 때의 점자 액추에이터 개념도이다.4A is a conceptual diagram of a braille actuator when the inclined surface of a conventional rotating member is linear, and FIG. 4B is a conceptual diagram of a braille actuator when the inclined surface of the rotating member according to the present invention is a non-constant curvature curve.
여기서, FM은 모터가 밀어 올리는 힘(모터 출력으로 인한 힘)이고, θ1은 도 4a의 회전부재 경사면의 초기 각도이고, θ2은 도 4b의 회전부재 경사면의 초기 각도이며, 아래 수식 3을 만족할 수 있다.Here, F M is the force that the motor pushes up (force due to motor output), θ 1 is the initial angle of the inclined surface of the rotating member of FIG. 4A, θ 2 is the initial angle of the inclined surface of the rotating member of FIG. 4B, and the following equation 3 Can be satisfied.
[수식 3][Equation 3]
(1) θ1 > θ2 (1) θ 1 > θ 2
(2) cosθ1 < cosθ2 (2) cosθ 1 <cosθ 2
(3) FM·cosθ1 < FM·cosθ2 (3) F M · cosθ 1 <F M ·
상기 수식을 통해, 본 발명에 따른 회전부재의 경사면이 비상수 곡률곡선일 때가 기존 회전부재의 경사면이 선형일 때보다 모터 출력으로 인한 힘이 더 크기 때문에 점자 돌기를 더 강한 힘으로 움직일 수 있다.Through the above formula, when the inclined surface of the rotating member according to the present invention is a non-constant curvature curve, since the force due to the motor output is greater than when the inclined surface of the conventional rotating member is linear, the braille protrusion can be moved with a stronger force.
만약, 문제없이 동작하는 회전부재가 도 5의 사진과 같이 표면에 스크래치가 생긴다거나, 장시간 사용으로 인한 표면 들뜸 등으로 마찰 저항이 커진다면 하기 수식 4에 의해 요구되는 힘(F)이 더욱 커져서 문제없이 동작하는 회전부재가 동작을 멈출 수 있다. 참고로, 도 6a는 정상적인 회전부재 경사면의 표면 개념도이고, 도 6b는 반복된 사용으로 경사면의 표면이 일어난 개념도이다. If the rotational member operating without a problem is scratched on the surface as shown in the photo of FIG. 5, or if the frictional resistance is increased due to surface lifting due to prolonged use, the force (F) required by
[수식 4][Equation 4]
F=μ·NF = μ · N
여기서, μ는 마찰계수이고, N은 수직항력이다.Here, μ is the friction coefficient and N is the vertical drag.
그러므로, 모터의 초기 토크값이 낮은 특성과, 상술한 마찰 저항이 커지는 사정으로 인해 초기에 필요한 일의 값인 소요 토크를 낮추는 것이 필요하다.Therefore, it is necessary to lower the required torque, which is the value of the work required initially, due to the characteristics of the motor having a low initial torque value and the above-described frictional resistance being large.
왜냐하면, 점자 학습기의 경우 초소형 모터를 사용하는데, 토크값을 높이기에는 크기 제약으로 인해 한계가 있으며, 더욱이 초소형이 아닌 모터를 사용하더라도 초기 토크값은 충분히 높지 않기 때문이다.This is because, in the case of a braille learning machine, an ultra-small motor is used, but there is a limit due to a size restriction to increase the torque value, and even if a non-miniature motor is used, the initial torque value is not sufficiently high.
한편, 주어진 일정 토크에 대하여 n회전 동안의 축 일에 대한 설명은 아래와 같다.On the other hand, for a given constant torque, the description of the axis work during n turns is as follows.
회전축을 통한 에너지 전달은 공학적 실제에서 흔히 볼 수 있으며, 보통 축에 가해진 토크는 일정한데, 이것은 작용한 힘(F)이 일정하다는 것을 의미한다.Energy transfer through the rotating shaft is common in engineering practice, and usually the torque applied to the shaft is constant, which means that the applied force (F) is constant.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 점자 액추에이터의 작동을 도시한 도면이고, 도 8은 도 7의 둘째 도면을 반대 방향에서 바라본 도면이고, 도 9는 도 7 및 도 8의 회전부재를 여러 방향에서 바라본 도면이고, 도 10은 도 7에 도시된 회전부재의 경사면을 2차원으로 펼쳤을 때 비상수 곡률곡선 형태를 가짐을 나타내는 도면이다.도 7 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 점자 액추에이터(100)는, 회전력을 발생시키는 회전 구동부(미도시)와, 회전 구동부로부터 제공되는 회전력에 의해 회전하는 회전부재(110)와, 회전부재(110)의 회전 동작과 상호 동작하여 높이 방향으로 상승 또는 하강하는 점자 돌기(150)를 포함할 수 있다.7 is a view showing the operation of the braille actuator according to an embodiment of the present invention, FIG. 8 is a view of the second view of FIG. 7 viewed from the opposite direction, and FIG. 9 is a view showing various rotation members of FIGS. 7 and 8 It is a view as viewed from the direction, and FIG. 10 is a view showing a non-constant curvature curve when the inclined surface of the rotating member shown in FIG. 7 is unfolded in two dimensions. Referring to FIGS. 7 to 9, one embodiment of the present invention The
여기서, 회전부재(110)의 상면은 경사면(120)으로 마련되는데 이 경사면(120)이 비상수 곡률곡선(Non-constant curvature curve) 형태로 형성될 수 있으며, 바람직하게 비상수 곡률곡선 중 적어도 일부를 포함할 수 있다. 즉, 경사면(120)을 2D로 펼쳤을 때 빗면이 비상수 곡률곡선 형태를 가질 수 있다.Here, the upper surface of the rotating
하기 수식 5는 상수 곡률곡선을 나타내고, 하기 수식 6은 비상수 곡률곡선을 나타낸다.Equation 5 below represents a constant curvature curve, and
[수식 5][Equation 5]
(1) f(x) = x2 + C(1) f (x) = x 2 + C
(2) df(x)/dx = 2x(2) df (x) / dx = 2x
(3) d2f(x)/dx2 = 2(3) d 2 f (x) / dx 2 = 2
[수식 6][Equation 6]
(1) f(x) = x3 + C(1) f (x) = x 3 + C
(2) df(x)/dx = 3x2 (2) df (x) / dx = 3x 2
(3) d2f(x)/dx2 = 6x(3) d 2 f (x) / dx 2 = 6x
상기 수식 6과 같이, 3차 다항식 이상의 함수는 비상수 곡률곡선에 해당하며, 함수를 미분하면 기울기가 되고, 또 다시 미분하면 곡률값이 된다.As in
그리고, 회전부재(110)의 경사면(120)에 대응되도록, 점자 돌기(150)의 바닥면 역시 경사면(160)으로 마련되며 이 경사면(160) 역시 비상수 곡률곡선(Non-constant curvature curve) 형태로 형성될 수 있으며, 바람직하게 비상수 곡률곡선 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.And, to correspond to the
이때, 상기 비상수 곡률곡선은 사이클로이드 곡선이나, 후술할 도 11a 내지 11e에 도시될 3차 다항식, 4차 다항식, 5차 다항식 및 6차 다항식 등과 같이 3차 다항식 이상의 곡률곡선을 포함할 수 있다. 도 11a는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차 다항식 그래프이고, 도 11b는 본 발명의 일 실시예에 따른 4차 다항식 그래프이고, 도 11c는 본 발명의 일 실시예에 따른 4차 다항식 그래프이고, 도 11d는 본 발명의 일 실시예에 따른 5차 다항식 그래프이고, 도 11e는 본 발명의 일 실시예에 따른 6차 다항식 그래프이다.At this time, the non-constant curvature curve may include a cycloidal curve, or a curvature curve of a third order polynomial or higher, such as a third order polynomial, a fourth order polynomial, a fifth order polynomial, and a sixth order polynomial shown in FIGS. 11A to 11E to be described later. 11A is a third order polynomial graph according to an embodiment of the present invention, FIG. 11B is a fourth order polynomial graph according to an embodiment of the present invention, and FIG. 11C is a fourth order polynomial graph according to an embodiment of the present invention , FIG. 11D is a fifth-order polynomial graph according to an embodiment of the present invention, and FIG. 11E is a sixth-order polynomial graph according to an embodiment of the present invention.
또한, 상기 비상수 곡률곡선은 접선의 기울기가 증가하는 구간으로 형성되는 것이 바람직하며, 접선의 기울기가 0이거나 0에 가까운 값에서 증가하는 구간으로 형성되는 것이 더욱 바람직하다.In addition, the non-constant curvature curve is preferably formed in a section in which the inclination of the tangent increases, and more preferably in a section in which the inclination of the tangent increases at a value close to or equal to zero.
액추에이터즉, 이러한 경사면의 형태로 인해 기존에 발생된 점자 액추에이터의 불량률을 크게 감소시킬 수 있다.Actuator, that is, due to the shape of the inclined surface, it is possible to significantly reduce the defect rate of the conventional braille actuator.
각각의 구성에 대해 설명하면, 먼저 본 실시예의 회전 구동부는, 도시하지는 않았지만, DC 모터나, 스테핑 모터, IPM 모터, SMP 모터 등 여러 종류의 모터를 사용할 수 있으며, 회전부재(110)를 회전시킬 수 있다. When describing each configuration, first, the rotation driving unit of the present embodiment, although not shown, may use various types of motors, such as a DC motor, a stepping motor, an IPM motor, and an SMP motor, to rotate the rotating
다시 말해 회전 구동부에 인가되는 전류의 양을 조절하여 회전부재(110)의 회전 정도 또는 회전 속도 등을 제어할 수 있는 것이다.In other words, it is possible to control the degree of rotation or the rotational speed of the rotating
다만, 본 실시예에서는 회전 구동부가 전자석을 구비한 구동부라고 상술하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 액추에이터라고 부를 수 있는 모든 조합이 가능하다.However, in the present embodiment, the rotation driving unit is described as a driving unit having an electromagnet, but is not limited thereto, and any combination that can be called, for example, an actuator is possible.
도 7을 참조하면, 회전 구동부에 의해서 회전부재(110)는 180도 회전할 수 있으며, 이러한 회전에 의해서 회전부재(110)와 점자 돌기(150)가 상호 동작하여 회전부재(110)의 최저점에 있던 점자 돌기(150)가 회전부재(110)의 최고점으로 상승될 수 있다.Referring to FIG. 7, the rotating
한편, 본 실시예의 회전부재(110)는, 도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 개략적으로 원통 형상을 가지며 상면에는 비탈진 경사면(120)이 형성될 수 있다. On the other hand, the rotating
회전부재(110)의 경사면(120)은 도 8에 도시된 바와 같이 비상수 곡률곡선 형태를 가질 수 있다. 즉, 경사면(120)이 선형으로 형성되는 것이 아니라 최저점에서 최고점으로 갈수록 경사가 점점 더 생기는 비상수 곡률곡선 형태를 갖는다는 것이다. The
도 8에 도시된 바와 같이, 회전부재(110)의 경사면(120)은, 상기 비상수 곡률 곡선 형태로 비탈면을 형성하는 경사 구간(120b)을 포함할 수 있으며, 상기 경사 구간(120b)에 연장되며, 상기 회전부재(110)의 상면 중 최저점에서 수평 방향으로 형성되는 가속 구간(120a)과, 상기 경사 구간(120b)에 연장되어 상기 점자 돌기(150)의 임의의 하강을 방지하는 하강 방지 경사 구간(120c)을 포함할 수 있다.As shown in FIG. 8, the
먼저 경사 구간(120b)은 비상수 곡률곡선 형태로 비탈면을 형성하도록 마련되는데 아래에서 위로 갈수록 경사 정도가 커지는 형상을 갖는다. 즉 전체적으로 접선의 기울기가 증가하는 구간으로 형성된다고 볼 수 있다.First, the
하강 방지 경사 구간(120c)은 경사 구간(120b)의 최고점에 연결되되 수평 또는 약간 아래로 경사진 형상으로 마련되어 회전부재(110)에 대한 점자 돌기(150)의 임의의 하강이 일어나는 것을 방지할 수 있다. The falling prevention
한편, 점자 돌기(150)는 회전부재(110)의 회전 동작을 선형 동작으로 바꾸어서 회전부재(110)의 회전에 따라 상승 또는 하강 이동하는 것이다. 이러한 점자 돌기(150)에도, 도2에 도시된 바와 같이, 비상수 곡률곡선 형태의 경사면(120)이 형성되는데, 전술한 회전부재(110)의 경사면(120)이 내측으로 인입된 곡선 형태라면, 점자 돌기(150)의 경사면(120)은 회전부재(110)의 경사면(120)에 대응되는 외측으로 인입된 곡선 형태일 수 있다.On the other hand, the
따라서, 도 7의 우측 도면에 도시된 것처럼, 회전부재(110)의 경사면(120)과 점자 돌기(150)의 경사면(160)은 상호 전체적으로 또는 부분적으로 접면된 상태를 유지할 수 있다.Therefore, as shown in the right figure of FIG. 7, the
한편, 도 12는 도 7에 도시된 회전부재의 제1 실시예에 따른 회전 방지 구조를 도시한 도면이고, 도 13은 도 7에 도시된 회전부재의 제2 실시예에 따른 회전 방지 구조를 도시한 도면이다.도 12 및 도 13을 참조하면, 본 실시예의 회전부재(110)는 액추에이터 하우징(170)에 의해 감싸질 수 있다. 회전부재(110)의 외면에는 도 12와 같이 외부로 돌출되거나 도 13과 같이 내부로 홈이 파인 스토퍼(130)가 구비되고, 액추에이터 하우징(170)에는 스토퍼(130)에 걸림으로써 회전부재(110)의 회전을 제어하는 걸림부재(175)가 구비될 수 있다. 이를 통해, 회전부재(110)의 위치 제어를 정확하게 할 수 있는 것이다.Meanwhile, FIG. 12 is a view showing a rotation preventing structure according to a first embodiment of the rotating member shown in FIG. 7, and FIG. 13 shows a rotation preventing structure according to a second embodiment of the rotating member shown in FIG. 7 12 and 13, the rotating
또한, 점자 돌기(150)의 외면에는 점자 돌기(150)의 상승 또는 하강 시 점자 돌기(150)가 회전하는 것을 방지하기 위한 돌기 안내부(미도시)가 구비될 수 있다. 예를 들면 점자 돌기(150)의 높이 방향으로 홈이 형성될 수 있고, 이 홈에 돌기 안내부가 삽입되는 구조를 가짐으로써, 돌기 안내부에 의한 점자 돌기(150)의 안내가 이루어질 수 있는 것이다. In addition, a projection guide (not shown) may be provided on the outer surface of the
이하에서는 경사면(120)이 사이클로이드 곡선 형태를 가짐으로써 어떻게 전술한 효과를 구현할 수 있는지에 대해서 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, how the above-described effect can be realized by the
도 14는 비상수 곡률곡선 형태 중 하나인 사이클로이드 곡선의 궤적을 그린 그래프이다.14 is a graph depicting a trajectory of a cycloid curve that is one of the non-constant curvature curves.
여기서, x 및 y 좌표는 다음과 같다.Here, the x and y coordinates are as follows.
x=a(t-sint)이고, y=a(1-cost)이며, 여기서 a는 비상수 곡률곡선을 형성하는 원의 반경이고, t는 시간이다. x = a (t-sint), y = a (1-cost), where a is the radius of the circle forming the non-constant curvature, and t is time.
이를 통해, 소비 전력을 현저하게 감소시킬 수 있음은 물론 회전력 전달을 충분히 할 수 있는 것이다. 아울러, 비상수 곡률곡선 형태로 인해 피스톤의 운동이 잘 구현되어 불량 없이 점자 돌기를 잘 작동시킬 수 있다.Through this, it is possible to significantly reduce the power consumption as well as to sufficiently transmit the rotational force. In addition, due to the shape of the non-constant curvature, the movement of the piston is well implemented, so that the braille projection can be operated without defect.
지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.So far, specific embodiments according to the present invention have been described, but various modifications are possible without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the scope of the claims described below, but also by the claims and equivalents.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.As described above, although the present invention has been described by limited embodiments and drawings, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and modifications from these descriptions will be made by those skilled in the art to which the present invention pertains. Deformation is possible. Accordingly, the spirit of the present invention should be understood only by the claims set forth below, and all equivalent or equivalent modifications thereof will be said to fall within the scope of the spirit of the present invention.
100: 점자 액추에이터
110: 회전부재
120: 경사면
120a: 가속 구간
120b: 경사 구간
120c: 하강 방지 경사 구간
130: 스토퍼
150: 점자 돌기
160: 점자 돌기의 경사면
170: 액추에이터 하우징
175: 걸림부재100: braille actuator
110: rotating member
120: slope
120a: acceleration section
120b: slope section
120c: descent prevention slope section
130: stopper
150: Turn Braille
160: the slope of the braille projection
170: actuator housing
175: locking member
Claims (12)
상기 회전 구동부로부터 제공되는 구동력에 의해 회전하며, 상면은 경사면으로 형성되는 회전부재; 및
상기 회전부재의 경사면과 대응되는 경사면을 구비하며, 상기 회전부재의 회전 시 상승하거나 하강하는 점자 돌기
를 포함하며,
상기 회전부재의 경사면 및 상기 점자 돌기의 경사면은 비상수 곡률곡선(Non-constant curvature curve) 형태를 포함하는 것을 특징으로 하는 점자 액추에이터.
A rotation driving unit generating rotational force;
A rotating member rotated by a driving force provided from the rotating driving unit, and an upper surface formed of an inclined surface; And
It has an inclined surface corresponding to the inclined surface of the rotating member, and when the rotating member rotates, a braille projection that rises or falls
It includes,
Braille actuator, characterized in that the inclined surface of the rotating member and the inclined surface of the braille projection includes a non-constant curvature curve.
상기 비상수 곡률곡선은 사이클로이드 곡선인 것을 특징으로 하는 점자 액추에이터.
According to claim 1,
The non-constant curvature curve is a braille actuator, characterized in that the cycloid curve.
상기 비상수 곡률곡선은 3차 다항식 이상의 곡률곡선을 포함하는 것을 특징으로 하는 점자 액추에이터.
According to claim 1,
The non-constant curvature curve includes a third-order polynomial or higher curvature curve.
상기 비상수 곡률곡선은,
접선의 기울기가 증가하는 구간으로 형성되는 것을 특징으로 하는 점자 액추에이터.
The method of claim 2 or 3,
The non-constant curvature curve,
Braille actuator, characterized in that it is formed in a section in which the slope of the tangent increases.
상기 회전부재의 경사면은,
상기 비상수 곡률곡선 형태로 비탈면을 형성하는 경사 구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 점자 액추에이터.
According to claim 4,
The inclined surface of the rotating member,
Braille actuator comprising a slope section forming a slope in the form of the non-constant curvature.
상기 회전부재의 경사면은,
상기 경사 구간에 연장되며, 상기 회전부재의 상면 중 최저점에서 수평 방향으로 형성되는 가속 구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 점자 액추에이터.
The method of claim 5,
The inclined surface of the rotating member,
Braille actuator characterized in that it comprises an acceleration section extending in the inclined section, formed in a horizontal direction from the lowest point of the upper surface of the rotating member.
상기 점자 돌기의 경사면은 상기 회전부재의 경사면의 경사 구간과 대응되도록 형성된 경사 구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 점자 액추에이터.
The method of claim 5,
Braille actuator characterized in that it comprises an inclined section formed to correspond to the inclined section of the inclined surface of the rotating member of the braille projection.
상기 회전부재의 경사면은,
상기 경사 구간에 연장되되 수평 또는 아래로 기울어지는 형상으로 형성되어 상기 회전부재에 대한 상기 점자 돌기의 임의의 하강을 방지하는 것을 하강 방지 경사 구간을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 점자 액추에이터.
The method of claim 6,
The inclined surface of the rotating member,
Braille actuator characterized in that it further extends to the inclined section, but is formed in a shape inclined horizontally or downward to prevent any descending of the braille projection to the rotating member.
상기 회전 구동부는 상기 회전부재를 회전시키기 위한 모터인 것을 특징으로 하는 점자 액추에이터.
According to claim 1,
Braille actuator, characterized in that the rotation drive is a motor for rotating the rotating member.
상기 회전부재의 회전에 의한 상기 점차 돌기의 상승 또는 하강 시, 상기 점자 돌기의 회전을 방지하기 위한 돌기 안내부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 점차 액추에이터.
According to claim 1,
When gradually increasing or lowering the projection by the rotation of the rotating member, the actuator gradually comprises a projection guide for preventing rotation of the braille projection.
상기 회전부재를 감싸는 액추에이터 하우징을 더 포함하며,
상기 회전부재의 외면에는 외부로 돌출되거나 내부로 홈이 파인 스토퍼가 구비되고, 상기 액추에이터 하우징에는 상기 스토퍼에 걸림으로써 상기 회전부재의 회전을 제어하는 걸림부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 점차 액추에이터.
According to claim 1,
Further comprising an actuator housing surrounding the rotating member,
The outer surface of the rotating member is provided with a stopper protruding outward or grooved inward, and the actuator housing is gradually provided with a locking member for controlling the rotation of the rotating member by engaging the stopper.
상기 회전부재의 사이클로이드 곡선 형태를 좌표평면의 X축에 대칭이동시키는 경우 x 및 y 좌표는, x=a(t-sint), y=a(1-cost)인 것을 특징으로 하는 점자 액추에이터.
여기서, a는 사이클로이드를 형성하는 원의 반경이고, t는 시간임.According to claim 2,
When the cycloid curve of the rotating member is symmetrically moved on the X axis of the coordinate plane, the x and y coordinates are x = a (t-sint) and y = a (1-cost).
Where a is the radius of the circle forming the cycloid, and t is time.
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| KR101661177B1 (en) * | 2015-04-09 | 2016-09-30 | 주식회사 피씨티 | Low power subminiature braile cell that is cell of sense of touch to support multiple array |
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| GRNT | Written decision to grant |