JP7164137B2 - 可変剛性弾性体及びこれを有するアクチュエーターモジュール - Google Patents
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Description
以下、添付図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
図2は単純に低剛性スプリングと高剛性スプリングを直列で連結した場合を説明するための図である。
図2を参照すると、直列弾性アクチュエーター(SEA)において入力側と出力側を連結する弾性体、例えば板状のスプリングは一定の剛性を有する。
図3は本発明の一実施例による可変剛性弾性体200を有するアクチュエーターモジュール100の挙動特性を説明するための図である。
図4は本発明の一実施例による可変剛性弾性体200を有するアクチュエーターモジュール100のブロック図である。
出力部300は可変剛性弾性体200の後端、つまり出力端に連結されることができ、外部の負荷に作用するか結合して動力を伝達することができる。
図5は本発明の一実施例による可変剛性弾性体200を有するアクチュエーターモジュール100の可変剛性弾性体200の一例を説明するための図である。
可変剛性弾性体200は、接続部201及びスプリング部202を含むことができる。
接続部201は入力側又は出力側からトルクを受けることができる。
例えば、変形部220は、第1弾性部230及び第2弾性部250を含むことができる。
第1弾性部230及び第2弾性部250は中心体210の周囲に沿って交互に形成されることができる、
1/K=1/K1+1/K2の式によって決定することができる。すなわち、第1弾性部230及び第2弾性部250が直列で連結されたものと同様である。
本実施例では、入力側又は出力側の軸方向に見るとき、第1弾性部230と第2弾性部250の厚さが同一であり、同じ弾性係数を有することができる。
したがって、可変剛性弾性体200の剛性Kは1/K=2/K1の式によって決定することができる。
図6は本発明の一実施例による可変剛性弾性体200を有するアクチュエーターモジュール100の可変剛性弾性体200の他の例を説明するための図である。
接触の前には、可変剛性弾性体200の剛性Kは、前述したように、
1/K=1/K1+1/K2の式によって決定することができる。
接触の後には可変剛性弾性体200の剛性KはK2と同一になることができる。
したがって、1次高トルク状態で可変剛性弾性体200の剛性Kは、
1/K=1/K2+1/K3の式によって決定することができる。
したがって、2次高トルク状態で可変剛性弾性体200の剛性KはK2と同じになることができる。
本発明の実施例によれば、低トルク領域でトルク解像度を高め、全体的にトルクカバレージを増加させるか改善させることができる。
110 モーター
130 ギアモジュール
150 感知部
200 可変剛性弾性体
201 接続部
202 スプリング部
210 中心体
2101 中心体締結ホール
215 連結部
220 変形部
230 第1弾性部
231 第1円周部
235 第1半径部
250 第2弾性部
251 第2円周部
255 第2半径部
300 出力部
Claims (8)
- 直列弾性アクチュエーターモジュールに使われる入力と出力を連結し、印加されたトルクによって剛性が変更される可変剛性弾性体であって、
入力側又は出力側からトルクを受ける接続部と、
前記入力側及び出力側の中で前記接続部と違うように選択された一つに連結され、トルクを受け、前記接続部と一体に形成され、印加されるトルクによる変形によって前記接続部と前記スプリング部が接触することによって剛性が変更されるスプリング部とを含み、
前記スプリング部は、
入力側又は出力側と連結され、トルクを受ける中心体と、
前記中心体から外側に延びる連結部と、
前記連結部の外側端から前記中心体の周囲に沿って延び、前記中心体に近くなってから遠くなることを繰り返すように複数回折り曲げられ、前記接続部と一体に連結された変形部とを含む
ことを特徴とする、可変剛性弾性体。 - 前記変形部は、
前記中心体の半径方向に離隔して前記中心体と対向する第1円周部、及び前記第1円周部の両端からそれぞれ前記中心体側に延びる第1半径部を有する第1弾性部と、
前記連結部の外側端から両側に前記中心体と対向するように延びる第2円周部、及び前記第2円周部の両端からそれぞれ前記中心体側に延び、前記中心体の付近で折り曲げられて前記第1半径部と連結される第2半径部を有する第2弾性部とを含み、
前記接続部は前記第1円周部から延び、前記第1弾性部及び前記第2弾性部は前記中心体の周囲に沿って交互に形成されることを特徴とする、請求項1に記載の可変剛性弾性体。 - 前記接続部と前記第1半径部が離隔している状態では前記トルクに対する前記スプリング部の剛性に前記第1弾性部及び前記第2弾性部が一緒に寄与し、
トルクによって変形されて前記接続部と前記第1半径部が接触した状態ではトルクに対する前記スプリング部の剛性に前記第1弾性部及び前記第2弾性部の中で前記第2弾性部のみ寄与することを特徴とする、請求項2に記載のトルクによって剛性が変更される可変剛性弾性体。 - 前記接続部は前記第1円周部の側面から前記中心体側に突出し、前記接続部の前記中心体側の端部には前記入力側又は出力側との接続のための締結ホールが形成されることを特徴とする、請求項2に記載のトルクによって剛性が変更される可変剛性弾性体。
- 前記第1弾性部と前記第2弾性部の幅及び形状の調節によって前記第1弾性部と前記第2弾性部の弾性係数が調節され、
前記第1弾性部と前記第2弾性部の弾性係数の調節によって、前記接続部と前記第1半径部が接触するトルクが設定されることを特徴とする、請求項3に記載のトルクによって剛性が変更される可変剛性弾性体。 - 前記入力側又は出力側の軸方向に見るとき、前記第1弾性部と前記第2弾性部の幅及び形状の調節によって前記第1弾性部と前記第2弾性部の弾性係数が調節され、
前記第1弾性部の前記幅が一定であるか次第に変わる形状を有し、
前記第2弾性部の前記幅が一定であるか次第に変わる形状を有することを特徴とする、請求項3に記載のトルクによって剛性が変更される可変剛性弾性体。 - 前記変形部は、
前記第1弾性部と前記第2弾性部との間に位置する第3弾性部をさらに含み、
前記第3弾性部は、
前記第1円周部と前記第2円周部との間で前記中心体と対向する第3円周部と、
前記第3円周部の両端からそれぞれ前記中心体側に延び、前記中心体に隣接して折り曲げられてそれぞれ前記第1半径部及び前記第2半径部と連結される第3半径部とを含み、
前記接続部と前記第1半径部が離隔している状態では前記トルクに対する前記スプリング部の剛性に前記第1弾性部、前記第2弾性部及び前記第3弾性部が一緒に寄与し、
トルクによって変形されて前記接続部と前記第1半径部が接触した状態ではトルクに対する前記スプリング部の剛性に前記第1弾性部、前記第2弾性部及び前記第3弾性部の中で前記第2弾性部及び前記第3弾性部のみ寄与し、
トルクが増加して前記第3半径部と前記第1半径部が連結される部分が他の第3半径部と前記第2半径部が連結される部分と接触した状態ではトルクに対する前記スプリング部の剛性に前記第1弾性部、前記第2弾性部及び前記第3弾性部の中で前記第2弾性部のみ寄与することを特徴とする、請求項3に記載のトルクによって剛性が変更される可変剛性弾性体。 - 可変剛性弾性体を有するアクチュエーターモジュールであって、
モーターと、
前記モーターに連結されるギアモジュールと、
外部の負荷に作用する出力部と、
前記ギアモジュールからの動力を前記出力部に伝達する可変剛性弾性体であって、前記ギアモジュール又は前記出力部からトルクを受ける接続部、及び前記ギアモジュール又は前記出力部の中で前記接続部と違うように選択された一つに連結され、トルクを受けるスプリング部を含み、トルクによる変形によって前記接続部と前記スプリング部が接触することによって剛性が変更される可変剛性弾性体と、
前記スプリング部の変形量を感知する感知部とを含み、
前記スプリング部は、
入力側又は出力側と連結され、トルクを受ける中心体と、
前記中心体から外側に延びる連結部と、
前記連結部の外側端から前記中心体の周囲に沿って延び、前記中心体に近くなってから遠くなることを繰り返すように複数回折り曲げられ、前記接続部が一体に連結された変形部とを含み、
前記変形部は、
前記接続部を挟んで前記中心体と対向する第1円周部、及び前記第1円周部の両端からそれぞれ前記中心体側に延びる第1半径部を有する第1弾性部と、
前記連結部の外側端から両側に前記中心体と対向するように延びる第2円周部、及び前記第2円周部の両端からそれぞれ前記中心体側に延び、前記中心体の付近で折り曲げられて前記第1半径部と連結される第2半径部を有する第2弾性部とを含み、
前記接続部は前記第1円周部から延び、前記第1弾性部及び前記第2弾性部は前記中心体の周囲に沿って交互に形成される
ことを特徴とする、可変剛性弾性体を有するアクチュエーターモジュール。
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