KR20100078898A

KR20100078898A - The design of compact shock-proof drive for robot with coupling sleeve and harmonic drive

Info

Publication number: KR20100078898A
Application number: KR1020080137279A
Authority: KR
Inventors: 최동운; 이동욱; 박현섭; 이호길
Original assignee: 한국생산기술연구원
Priority date: 2008-12-30
Filing date: 2008-12-30
Publication date: 2010-07-08

Abstract

PURPOSE: A designing method of a compact shock-proof driving device for a robot by using a coupling sleeve and a harmonic drive are is provided to effectively absorb shock by forming a central sleeve of polyurethanes. CONSTITUTION: A designing method of a compact shock-proof driving device for a robot by using a coupling sleeve and a harmonic drive comprises following steps. The shock resistance of the harmonic drive is improved using a sleeve(2) in a jaw coupling. A claw portion is directly processed in an input shaft and an output shaft.

Description

DESIGN OF COMPACT SHOCK-PROOF DRIVE FOR ROBOT WITH COUPLING SLEEVE AND HARMONIC DRIVE}

본 발명은 커플링 슬리브와 하모닉 드라이브를 이용한 로봇용 소형 내충격 구동장치의 설계에 관한 것이다.The present invention relates to the design of a small impact drive device for a robot using a coupling sleeve and a harmonic drive.

일반적으로 하모닉 드라이브는 높은 동력 전달 능력과 작은 크기를 가지고 있지만 내충격성에 대한 대비는 되어 있지 않다. 이러한 문제를 해결하기 위해 조 커플링과의 결합을 고려할 수 있으나 커플링 자체의 크기 때문에 크기의 이점이 사라지는 단점이 있다. 제안된 발명에서는 조 커플링 안에 내충격 방지 역할을 수행하는 폴리우레탄 슬리브만을 추출하고 양쪽의 크로 부분은 하모닉 드라이브와 구동축과 일체화시켜 내충격성을 지니면서도 컴팩트한 크기의 구동 모듈을 가능하게 한다. Generally, harmonic drives have high power transmission capacity and small size, but they are not prepared for impact resistance. In order to solve this problem, the coupling with the jaw coupling may be considered, but the size advantage is lost because of the size of the coupling itself. In the proposed invention, only the polyurethane sleeve, which serves as the impact resistant role in the jaw coupling, is extracted, and the croissant on both sides is integrated with the harmonic drive and the drive shaft, thereby enabling a compact drive module with impact resistance.

종래기술에는 대한민국 공개특허 1998-0082802호에는 하모닉 드라이브의 플 렉스 스플라인에 관해서 기재되어 있으며, 보다 상세하게는 하모닉드라이브는, 타원형의 웨이브를 발생하는 웨이브발생기와; 상기 웨이브발생기가 내접하도록 삽입되고, 스틸재의 외부와, 상기 외부의 내측에 장착되는 합성수지재의 내부링으로 구성되는 플렉스 스플라인; 그리고 상기 플렉스 스플라인이 내부에 삽입되어 치합하는 써큘러스플라인으로 구성된다. 내부링은 유리섬유에폭시 복합소재 또는 탄소섬유에폭시 복합재료로 성형되고, 플렉스 스플라인의 축방향에 대하여 소정의 각도를 가지고 적층된 플렉스 스플라인이 기재되어 있다.In the prior art, Korean Patent Publication No. 1998-0082802 discloses a flex spline of a harmonic drive, and more specifically, a harmonic drive includes: a wave generator for generating an elliptical wave; A flex spline inserted into the wave generator, the flex spline including an outer ring of a steel material and an inner ring of a synthetic resin material mounted inside the outside; The flex spline is inserted into the circular spline to be engaged. The inner ring is formed of a glass fiber epoxy composite material or a carbon fiber epoxy composite material, and described with a flex spline laminated at a predetermined angle with respect to the axial direction of the flex spline.

본 발명은 하모닉 드라이브는 크기에 비해 기어 비가 크고 동력 전달 효율이 좋아 로봇의 관절부에 많이 사용되고 있으나, 내충격성에 대한 대비가 없어 바퀴 등의 구동부에는 잘 사용되지 않는다. 이러한 충격 문제는 커플링으로 해결 가능하나 커플링 자체의 크기 때문에 연결시 하모닉 드라이브의 크기의 이점이 많이 상실되는 문제가 있다. 따라서, 본 발명은 커플링 슬리브와 하모닉 드라이브를 이용한 로봇용 소형 내충격 구동장치의 설계를 제공하고자 한다.In the present invention, the harmonic drive has a large gear ratio compared to its size, and has a high power transmission efficiency, so that the harmonic drive is widely used in the joint part of the robot. This shock problem can be solved by the coupling, but due to the size of the coupling itself, there is a problem that the benefits of the size of the harmonic drive are lost. Accordingly, the present invention seeks to provide a design of a small impact drive device for a robot using a coupling sleeve and a harmonic drive.

본 발명은 커플링 슬리브와 하모닉 드라이브를 이용한 로봇용 소형 내충격 구동장치의 설계를 제공한다.The present invention provides a design of a small impact drive device for a robot using a coupling sleeve and a harmonic drive.

본 발명에 따른 충격 구동장치는 하모닉 드라이브의 작은 길이 방향과 우수한 성능을 탄성이 있는 플라스틱 커플링과 조합하여 내충격성을 가지면서 크기가 작고 동력 전달 성능이 우수한 구동 모듈을 제공한다. 본 발명에 따른 내충격 감속기 모듈은 길이가 짧고 충격을 견딜 수 있어 로봇의 관절뿐만 아니라 바퀴 등의 구동부에도 적용이 가능하다. The impact drive device according to the present invention combines the small longitudinal direction and excellent performance of the harmonic drive with an elastic plastic coupling to provide a drive module having a small size and excellent power transmission performance while being impact resistant. Impact reducer module according to the present invention is short in length and can withstand shock can be applied to the joints of the robot, as well as the driving unit of the wheel.

하모닉 드라이브는 감속기의 일종으로 제로 백래쉬의 성질과 크기에 비해 큰 감속비를 낼 수 있고 동력 전달 효율이 좋으며 길이 방향의 크기가 작아 로봇의 관절부에 많이 사용되고 있다. 그러나 금속 탄성을 이용하고 기어의 이빨의 크기가 작은 특성이 있어 충격이 가해질 시 탈조가 일어날 가능성이 있어 로봇의 구동부에는 잘 사용되지 않고 있다.Harmonic drive is a kind of reducer, which can produce a large reduction ratio compared to the nature and size of zero backlash, has good power transmission efficiency, and is used in joints of robots because of its small length. However, due to the use of metal elasticity and the small size of the teeth of the gears, there is a possibility that outage may occur when an impact is applied, which is not well used in the driving part of the robot.

하모닉 드라이브는 그 컴팩트한 크기와 높은 동력 성능으로 로봇 관절에 많이 이용된다. 그러나 내충격성 문제로 바퀴 구동 부 등에는 잘 사용되지 않았다. 이러한 충격 문제는 조 커플링을 이용하면 줄이는 것이 가능하다. 따라서 컴팩트한 사이즈에 높은 동력 성능과 내충격성을 얻기 위한 이 두가지의 조합 방법은 로봇 구동부 설계에 중요한 기술이 될 수 있다.Harmonic drives are widely used in robot joints due to their compact size and high power performance. However, due to the impact resistance problem, it was not used well in the wheel drive. This impact problem can be reduced by using a jaw coupling. Therefore, the combination of these two methods to achieve high power performance and impact resistance in a compact size can be an important technology for robot drive design.

본 발명은 하모닉 드라이브의 작은 길이 방향과 우수한 성능을 탄성이 있는 플라스틱 커플링과 조합하여 내충격성을 가지면서 크기가 작고 동력 전달 성능이 우수한 구동 모듈을 구성하였다. 일반적으로 커플링은 두 축의 이음을 위해 사용된다. 커플링에는 많은 종류가 있는데 구분상 가장 큰 특징은 중앙에 있는 슬리브(sleeve)의 형태와 재질이다. 커플링은 규격이 정해져 있어 큰 토크를 견디려면 자체의 크기도 커지는 단점이 있는데 실제 가장 중요한 부분은 슬리브 부분으로 슬 리브만 이용하면서 클로(claw) 부분은 구동 부품과 일체화하면 그 크기를 크게 줄일 수 있다. 커플링 중 조(jaw) 커플링은 크기가 컴팩트하며 비틀림 강성이 뛰어나고 중앙의 슬리브가 폴리우레탄으로 되어 있어 충격을 흡수할 수 있는 장점이 있다. 따라서 본 발명에서는 조 커플링에서 슬리브만을 분리하고 클로 부분은 한쪽은 하모닉 드라이브와 일체화시키고 나머지 쪽은 구동축과 일체화시켜서 매우 짧은 길이를 구현하였고 폴리우레탄의 내충격성을 이용하여 내충격 감속기 구동 모듈을 실현하였다. 이렇게 만들어진 내충격 감속기 모듈은 길이가 짧고 충격을 견딜 수 있어 로봇의 관절뿐만 아니라 바퀴 등의 구동부에도 적용이 가능하다. The present invention combines the small longitudinal direction and excellent performance of the harmonic drive with a plastic coupling with elasticity to form a drive module having a small size and excellent power transmission performance with impact resistance. Couplings are generally used for joints on two axes. There are many types of couplings, the biggest of which is the shape and material of the sleeve in the center. Couplings have a size, so the size of the coupling itself is increased to withstand the large torque. Actually, the most important part is the sleeve part, and the claw part is integrated with the driving parts. have. Among the couplings, the jaw coupling is compact in size, has excellent torsional rigidity, and the center sleeve is made of polyurethane to absorb shocks. Therefore, in the present invention, only the sleeve is separated from the jaw coupling, and the claw part is integrated with one harmonic drive and the other part is integrated with the drive shaft, thereby implementing a very short length and using the impact resistance of polyurethane to realize the impact reducer driving module. . The shock reducer module made in this way is short in length and can withstand shock, so that it can be applied not only to the joints of the robot but also to driving parts such as wheels.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 하기와 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 전체적인 구조를 나타낸다. (1)은 하모닉 드라이브이고 (2)가 폴리우레탄 슬리브이다. (3)은 구동 축을 보여준다. (4)는 본 시스템에서 사용되는 모터로 모터 이외에 다른 동력원을 사용해도 무방하다. 도 2는 조 커플링의 구조도 이다. (5)는 구동 축에 연결되는 크로이고 (6)가 폴리우레탄 슬리브이다. 상용 커플링은 이미 규격화가 되어 있고 상용 커플링에서 양쪽 크로는 공간을 차지하기 때문에 사용하지 않고 슬리브만을 빼내여 사용한다. 슬리브 자체만도 판매하기 때문에 슬리브만 구매하면 되므로 커플링을 구매하여 사용하는 것에 비해 경제적인 메리트도 존재한다. 도 3은 시스템의 구성도를 보여준다. (7)은 하모닉 드라이브의 출력 단으로 도 2의 상용 조 커플링의 크로와 같은 형상으로 설계된다. (8)은 폴리우레탄 슬리브이며 (9)은 바퀴 등이 연결되는 구동 축이다. 이 축 역시 슬리브와의 연 결 부위가 크로의 형상으로 이루어진다. 이 세가지 부품이 결합되고 이를 고정할 하우징 (10)가 씌워지면 제안된 모듈이 완성된다. 커플링은 구동 토크에 따라 사이즈가 결정되는데 제안된 설계는 슬리브만 사용하므로 커플링을 사용했을 때보다 커플링 크기의 1/3 정도의 길이만 추가되므로 공간 절약도가 매우 뛰어나다. 1 shows the overall structure. (1) is a harmonic drive and (2) is a polyurethane sleeve. (3) shows the drive shaft. (4) is a motor used in this system, and other power sources may be used besides the motor. 2 is a structural diagram of a jaw coupling. 5 is a claw connected to the drive shaft and 6 is a polyurethane sleeve. Commercial couplings are already standardized and both claws take up space in commercial couplings. Since only the sleeve itself is sold, only the sleeve is purchased, so there is an economic merit compared to purchasing and using the coupling. 3 shows a configuration diagram of the system. Denoted at 7 is the output stage of the harmonic drive, which is designed in the shape of a claw of a commercial jaw coupling of FIG. (8) is a polyurethane sleeve and (9) is a drive shaft to which wheels and the like are connected. This shaft also has the shape of a croissant in connection with the sleeve. When these three parts are combined and the housing 10 to be fixed is fitted, the proposed module is completed. Couplings are sized according to the drive torque. The proposed design uses only a sleeve, which saves space because only 1/3 of the coupling size is added.

도 1은 본 발명에 따른 로봇용 소형 내충격 구동장치의 전체적인 시스템의 구조에 관한 것이고, Figure 1 relates to the structure of the overall system of the small impact drive device for a robot according to the present invention,

도 2는 본 발명에 따른 로봇용 소형 내충격 구동장치의 조 커플링의 구조도에 관한 것이고, Figure 2 relates to a structural diagram of the jaw coupling of the small impact resistance drive device for a robot according to the present invention,

도 3은 본 발명에 따른 로봇용 소형 내충격 구동장치의 시스템의 구성 방법에 관한 것이다.3 is a configuration method of a system of a small impact resistance drive device for a robot according to the present invention.

Claims

Combination method using only the sleeve of the jaw coupling and the croissant part is machined directly on the input shaft and the output shaft.

Design method to improve impact resistance of harmonic drive using only sleeve part of coupling.