KR100987087B1 - 항복 토크 발생장치 및 이를 이용한 회전기구 - Google Patents

항복 토크 발생장치 및 이를 이용한 회전기구 Download PDF

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Abstract

본 발명은 회전 변위가 발생하여 회전 기구를 보호하고, 더 나아가 외력이 제거되면 초기 위치로 복귀할 수 있는 항복 토크 발생장치 및 이를 이용한 회전기구에 관한 것이다. 본 발명에 따른 항복 토크 발생장치는 회전축과 수직하게 연결되고, 상기 회전축을 중심으로 내외측 방향으로 길이가 변동 가능한 신축 부재와, 상기 신축 부재에 연결되어 상기 신축 부재가 상기 회전축을 중심으로 외측 방향으로 탄성력을 받도록 하는 탄성 부재 및 상기 회전축에 자유회전이 가능하게 연결되고, 상기 회전축의 회전력을 회전 부재에 전달하는 캠 부재를 포함한다. 캠 부재에는 회전 변위가 발생하고, 초기 위치로 복귀할 수 있도록 하는 통공이 형성된다. 본 발명에 따르면 항복 토크 발생 장치는 비교적 간단한 구조로 항복 토크를 발생시킬 수 있으며, 안전성을 확보할 수 있다.
캠, 통공, 복귀, 한계토크, 회전변위, 회전기구, 머니퓰레이터

Description

항복 토크 발생장치 및 이를 이용한 회전기구{Device for genrating limit torque and rotating device using the same}
본 발명은 항복 토크 발생장치 및 이를 이용한 회전기구에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 로봇 머니퓰레이터의 조인트와 같이 회전 운동을 하는 회전 기구의 회전 부재에 일정 토크 이상의 외력이 작용하는 경우 회전 변위가 발생하여 회전 기구를 보호하고, 더 나아가 외력이 제거되면 초기 위치로 복귀할 수 있는 항복 토크 발생장치 및 이를 이용한 회전기구에 관한 것이다.
로봇 머니퓰레이터의 조인트와 같이 회전 운동을 하는 회전 기구는 일반적으로 구동 모터와 같은 구동 장치, 구동 장치에 연결되어 회전력을 전달하는 회전축, 회전축과 연결되어 회전운동하는 회전 부재로 이루어진다.
회전 기구를 이용하여 회전 부재를 회전축을 중심으로 회전시키고, 이를 이용하여 여러가지 작업을 수행하게 된다.
일반적으로 로봇 머니퓰레이터의 조인트 등의 회전 기구는 출력부인 회전 부재에 작용되는 항복토크를 가진다. 그러나, 작업시 외부와 접촉하게 되는 로봇 머니퓰레이터 등에는 예기치 못한 외력이 작용할 수 있다. 회전축과 회전 부재가 강 성으로 연결되어 있는 경우에, 외력이 회전 부재에 작용하게 되어도 회전축은 계속 회전하고, 회전 부재는 외력의 방해를 받아 회전하지 못하게 된다. 따라서, 회전축과 회전 부재 사이에 항복토크 이상의 토크가 작용하게 되고, 기구부가 파손될 우려가 생긴다. 또한, 사람이나 물체가 회전 중인 회전 부재에 접촉하게 되면, 부상 또는 파손의 우려가 생긴다.
상기와 같은 이유로, 회전기구에 항복토크 이상의 외력이 작용하게 되는 경우, 회전 기구 자체를 보호하면서 접촉한 사람이나 물체의 안전성을 확보할 필요가 있다.
회전 기구의 안전성 확보를 위해 일정 토크 이상에서 회전 변위가 형성되는 항복 토크 발생장치가 제시되었다. 즉, 회전축과 회전 부재가 강성으로 연결되지 않고, 일정한 토크 이상에서 분리되어 독립적인 회전 변위가 형성되도록 하는 것이다.
하지만, 회전축과 회전 부재에 회전 변위가 형성되도록 하는 종래의 방식은 구조가 복잡하고, 그 복잡한 구조로 인해서 회전 기구부 자체의 무게를 증가시킨다. 또한, 외력이 제거된 후에도 자동적으로 초기 위치로 복귀하는 기능이 없어, 외력에 의해 회전축과 회전 부재에 회전 변위가 형성된 뒤에는 초기 위치로 복귀시키기 위한 별도의 센서나 제어용 기구부를 추가로 설치하여야 한다.
본 발명은 위와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 비교적 간단한 구조로 회전 기구에 항복 토크 이상의 외력이 작용하면 회전 변위가 형성되는 항복 토크 발생장치 및 이를 이용한 회전기구를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 다른 기구를 추가하지 않고도, 외력이 제거되면 자동적으로 초기 위치로 복귀하는 항복 토크 발생 장치 및 이를 이용한 회전기구를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 항복 토크 발생장치는 회전축과 수직하게 연결되고, 상기 회전축을 중심으로 내외측 방향으로 길이가 변동 가능한 신축 부재와, 상기 신축 부재에 연결되어 상기 신축 부재가 상기 회전축을 중심으로 외측 방향으로 탄성력을 받도록 하는 탄성 부재 및 상기 회전축에 자유회전이 가능하게 연결되고, 상기 회전축의 회전력을 회전 부재에 전달하는 캠 부재를 포함한다.
상기 캠 부재에는 상기 캠 부재의 상면과 하면을 관통하는 통공이 형성되어 있고, 상기 신축 부재는 신축 부재의 일 단부에 형성된 구름체가 상기 캠 부재의 통공에 삽입되어, 상기 탄성 부재의 탄성력에 의해 상기 통공의 내측면에 접하도록 설치되며, 상기 통공의 내측면에는 상기 신축 부재가 초기에 위치하는 초기 위치부, 및 상기 초기 위치부 보다 작은 지름을 가지고 상기 회전축을 중심으로 동일한 지름을 갖는 변위 위치부가 형성된다.
또한, 상기 변위 위치부는 상기 초기 위치부를 중심으로 좌우 대칭으로 형성될 수도 있다.
또한, 상기 캠 부재에는 상기 통공이 상기 회전축을 중심으로 좌우 대칭으로 형성되고, 상기 신축 부재는 상기 회전축을 중심으로 좌우 대칭으로 형성될 수도 있다.
또한, 상기 캠 부재에는 상기 회전축을 중심으로 상기 통공의 반대측에 또 다른 통공이 형성되어 있고, 상기 신축 부재는 상기 회전축을 중심으로 좌우 대칭으로 형성되어 상기 캠 부재의 상기 통공 및 상기 또 다른 통공에 삽입되고, 상기 또 다른 통공에는 상기 신축 부재가 위치하는 초기 위치부 및 상기 초기 위치부에서부터 반지름이 감소하는 복귀 위치부가 형성될 수도 있다.
또한, 상기 복귀 위치부는 상기 초기 위치부에서부터 그 반지름이 기울기가 일정한 직선 형태로 감소할 수도 있다.
또한, 상기 통공에는 초기 위치부로부터 반지름이 일정하게 감소하는 복귀 위치부가 더 형성되며, 상기 캠 부재에는 상기 통공이 상기 회전축을 중심으로 좌우 대칭으로 형성되고, 상기 신축 부재는 상기 회전축을 중심으로 좌우 대칭으로 형성될 수도 있다.
또한, 상기 복귀 위치부는 상기 초기 위치부에서부터 그 반지름이 기울기가 일정한 직선 형태로 감소할 수도 있다.
또한, 상기 탄성 부재는 나선 스프링일 수도 있다.
또한, 상기 통공의 내측면에 접하는 상기 신축 부재의 일 단부에는 회전 가능한 롤러가 설치될 수도 있다.
본 발명에 따른 회전기구는 본 발명에 따른 항복 토크 발생장치를 포함한다.
또한, 상기 회전기구는 로봇 머니퓰레이터의 조인트일 수도 있다.
본 발명에 따른 항복 토크 발생 장치는 로봇 머니퓰레이터의 조인트와 같은 회전기구에 사용될 수 있으며, 비교적 간단한 구조로 항복 토크를 발생시킬 수 있다.
본 발명에 따른 항복 토크 발생 장치에 의하면, 회전 기구의 회전 부재가 사람이나 사물에 접촉될 경우, 항복 토크 발생 장치에 회전 변위가 발생하여 기구를 보호하고, 사람이나 사물의 안전성을 확보할 수 있다.
또한, 다른 기구를 추가하지 않고도, 외력이 제거되면 자동적으로 초기 위치로 복귀하므로, 회전 기구의 구조를 간단히 할 수 있고, 초기 위치 복귀를 위한 별도의 과정을 거치지 않아도 되는 이점이 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한 되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 부재(200)가 연결된 항복 토크 발생 장치(100)의 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 캠 부재(110)의 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 신축 부재(120) 및 탄성 부재(130)를 포함하는 항복 토크 발생 장치의 평면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 회전 부재(200)는 캠 부재(110)에 연결된다. 회전 부재(200)와 캠 부재(110)는 나사와 같은 고정 수단에 의해 결합되어, 함께 회전하게 된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 캠 부재(110)에는 중앙에 회전축(140)이 체결될 수 있도록 회전축 체결공(119)이 형성된다. 캠 부재(110)와 회전축(140)은 회전축 체결공(119)에 의해 체결되지만, 강성 결합되지 않는다. 즉, 캠 부재(110)는 회전축(140)과 별개로 자유회전 가능하도록 체결된다. 도시하지는 않았지만, 회전축 체결공(119)에는 캠 부재(110)가 회전축(140)과 별개로 자유회전이 가능하도록 하는 베어링이 결합되는 것이 바람직하다.
도 3에 도시된 바와 같이, 신축부재(120)는 회전축(140)을 중심으로 내외측 방향으로 연장되어 설치된다. 본 실시예에서의 신축부재(120)는 이동체(120a)가 이동봉(120b) 상에서 이동가능하게 연결되어 형성된다. 이동체(120a)의 외측 끝단을 신축부재(120)의 끝단으로 정의하며, 회전축(140)에서부터 이동체(120a) 까지의 길이를 신축부재(120)의 유효길이로 정의한다. 신축부재(120)의 이동체(120a)가 이동봉(120b)를 타고 회전축(140)을 중심으로 내외측으로 이동되면, 결과적으로 회전 축(140)에서부터 이동체(120a) 까지의 길이 즉, 신축 부재(120)의 유효길이가 변동되게 된다. 탄성 부재(130)는 회전축(140)과 이동체(120a) 사이에 연결된다.
신축부재(120), 탄성 부재(130) 및 캠 부재(110)의 연결을 용이하게 하기 위해서, 프레임(150)이 형성된다. 프레임(150)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 신축 부재(120)와 탄성 부재(130)를 용이하게 결합하여 준다. 본 실시예에서는 프레임(150)의 상면에는 캠 부재(110)와 회전 부재(200)를 체결할 수 있는 회전축(140)이 형성되고, 배면에는 구동 모터와 같은 구동 수단에 의해서 회전되는 회전 드럼(도 9 참조)이 결합된다. 구동 수단에 의해 상기 회전 드럼이 회전하면, 프레임(150) 전체가 회전하고, 프레임(150)에 의해 연결된 신축 부재(120), 탄성 부재(130) 및 회전축(140) 또한 회전한다.
다시 도 1을 참조하면, 신축 부재(120)의 이동체(120a) 끝단에는 캠 부재(110)에 형성된 통공(111)의 내측에 접할 수 있도록 구름체(121)가 연장 형성된다. 구름체(121)는 통공(111)의 내측면과 접한 상태에서 이동할 때에 접촉면에서 마찰을 줄일 수 있도록 해준다. 구름체(121)은 마찰을 최소화하기 위해 통공(111)의 내측 단면을 타고 회전할 수 있도록 구성되며, 바람직하게는 롤러로 구성된다.
캠 부재(110)의 중앙에 형성된 체결공(119)를 통해, 캠 부재(110)는 프레임(150)의 상면에 형성된 회전축(140)에 자유 회전 가능하게 체결된다. 이 때, 신축 부재(120)에 형성된 구름체(121)는 캠 부재(110)에 형성된 통공(111)에 끼워져 내측 단면에 접하도록 설치된다. 초기에는 구름체(121)가 통공(111)의 내측면 중 회전축으로부터 가장 먼 부분 즉, 지름이 가장 큰 부분에 위치한다. 이러한 위치를 초기 위치라고 한다.
통공(111)의 내측면 중 회전축으로부터 가장 먼 부분의 지름의 길이는, 프레임(150)을 캠 부재(110)와 연결하기 전 신축 부재(120)의 유효길이보다 작다. 따라서, 프레임(150)을 캠 부재(110)에 연결하여, 구름체(121)가 캠 부재(110)에 형성된 통공(111)에 끼워져 내측면에 접하도록 설치되는 경우, 탄성 부재(130)는 회전축(140) 방향으로 소정의 길이만큼 압축된다. 탄성 부재(130)의 탄성력에 의해 구름체(121)는 초기 위치에서 통공(111)의 내측면에 소정의 힘을 가하게 된다.
이하, 본 발명의 항복 토크 발생장치의 동작원리를 도 4 내지 도 5를 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 4a 는 본 발명의 일 실시예에 따른 항복 토크 발생 장치(100)의 초기위치에서의 동작을 나타내는 개략적인 평면도이다. 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 항복 토크 발생 장치(100)의 변위위치에서의 동작을 나타내는 개략적인 평면도이다. 도 4a 및 4b에는 캠 부재(110)에 연결된 회전부재(200)는 일점쇄선으로 표시되었고, 프레임(150)의 도시는 생략되었다. 또한, 신축 부재(120)는 간략하게 도시되었다. 신축 부재(120)에 연결되는 탄성 부재(130)는 스프링을 사용한다.
도 4a 및 4b에 도시된 바와 같이, 캠 부재(110)에는 그 상면과 하면을 관통하는 통공(112)이 형성된다. 통공(112)에는 회전축(140)으로부터 가장 지름이 큰 초기 위치부(112c)와, 초기 위치부(112c)와 이웃하여 형성되고 캠 부재(110)의 회전 방향으로 형성되는 변위 위치부(112a)가 형성된다. 변위 위치부(111a)는 초기 위치부(112c)의 반지름에 비해 작은 반지름을 가진다. 따라서, 초기 위치부(112c) 와 변위 위치부(112a)의 경계에는 계단 형상의 절곡부(112b)가 형성된다. 변위 위치부(112a)는 회전축(140)을 중심으로 일정한 반지름을 가지는 원호 형상을 가진다.
본 실시예에 따르면, 캠 부재(110)에는 하나의 통공(112)이 형성되며, 회전 부재(200)가 시계 반대 방향으로 회전하는 경우에 적용 가능하다. 캠 부재(110)에 하나의 통공(112)이 형성되므로, 그와 결합하는 신축 부재(120)도 일 방향으로만 형성된다.
초기에 구름체(121)는 캠 부재(110)와 결합시 초기 위치부(112c)에 위치한다. 이를 초기 위치라고 한다. 상술한 바와 같이, 초기 위치에서 구름체(121)는 탄성 부재(130)인 스프링의 탄성력에 의해 통공(112)의 내면 즉, 초기 위치부(112c)에 일정한 힘을 가한다. 뒤에서 자세히 설명하는 바와 같이, 회전 부재에 어떤 외력이 작용하지 않는다면, 초기 위치에서 구름체(121)는 탄성 부재(130)인 스프링의 탄성력에 의해 자유회전이 억제된다. 즉, 구름체(121)가 초기 위치부(112c)와 변위 위치부(112a)의 경계에 형성되는 절곡부(112b)를 통해 초기 위치부(112c)를 이탈하지 않는다. 따라서, 도 4a 에 도시된 바와 같이, 구동 수단에 의해 신축 부재(120)가 회전하게 되면 캠 부재(110)가 같이 회전하고, 캠 부재(110)에 고정된 회전 부재(200)가 회전축(140)을 중심으로 회전하게 된다. 반면에, 사물(M) 등에 의해 회전 부재(200)에 일정 이상의 힘이 가해지면 구름체(121)가 초기 위치부(112c)와 변위 위치부(112a)의 경계에 형성되는 절곡부(112b)를 통해 초기 위치부(112c)를 이탈하여 변위 위치부(112a)로 이동한다. 도 4b 에 도시된 바와 같이, 회전축(140)과 캠 부재(110)는 자유 회전이 가능하게 연결되므로, 사물(M)에 의해 회전 부재(200)와 이와 연결된 캠 부재(110)가 더이상 회전하지 못하는 경우에도, 신축 부재(120)만이 회전될 수 있다.
도 5는 초기 위치부(112c)와 변위 위치부(112a)의 경계에 형성된 절곡부(112b)에서의 힘의 관계를 나타내는 개념도이다.
도 5를 참조하여 더욱 상세하게 설명하면, 상기 절곡부(111b)에서 구름체(121)에 작용하는 힘의 관계를 수식으로 표현하면 다음과 같다. 다만, 다음의 수식은 최초 회전 변위가 생기는 토크를 구하는 수식이다.
Figure 112008039326768-pat00001
Figure 112008039326768-pat00002
Figure 112008039326768-pat00003
수학식 1 내지 3에서
A : 절곡부(112b)에서 구름체(121)와 접하는 면의 각도
E : 스프링의 초기 길이
e : 스프링의 초기 위치에서 압축된 길이
K : 스프링 상수
B : 신축 부재의 유효 길이
b : 절곡부(112b)와 구름체(121)가 접하는 면의 각도에 의해서 형성되는 접선의 길이
T : 외부에서 가해지는 토크
F : 외부토크(T)와 접선길이(b)에 의해서 생성되는 힘
Fs : 스프링의 압축된 길이(e)에 의해서 생기는 스프링 복원력
Ff : 외부토크(T)에 의해서 생성된 F가 F-s 와 동일 방향으로 투영된 힘
을 나타낸다.
상기 식과 도 5에서 볼 수 있듯이, Fs 가 본 발명의 항복 토크 발생장치의 항복토크를 정한다. 즉, 항복 토크 발생장치에 외부토크(T)가 작용하게 되면, 이로 인해 캠 부재(110)의 내측면에서부터 회전축(140) 방향으로 Ff 가 작용하게 되고, Fs = Ff 인 때의 외부토크(T)가 항복토크에 해당한다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 회전하는 회전 부재(200)에 사물(M)이 접촉하게 되면, 항복토크 발생장치(100)에 토크(T)를 가하게 된다. 만약, 토크(T)에 의해 생성된 Ff 가 Fs ≤ Ff 의 관계식을 만족하는 경우에는 신축 부재(120)의 이동체(120a)가 회전축(140) 방향으로 이동하며 탄성 부재(130)인 스프링을 압축하게 된다. 신축 부재(120)의 유효거리가 작아 지면서 회전하게 되면, 회전하는 신축 부재(120)가 캠 부재(110)의 통공(112)의 절곡부(112b)를 타고 초기 위치부(112c)를 이탈하여 변위 위치부(112a)로 이동한다. 즉, 회전 부재(200)와 캠 부재(110)가 사물(M)에 가로막혀 더 이상 회전하지 못하게 되더라도, 구동 수단에 의해 회전하는 신축 부재(120)는 일정 변위 동안 회전할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 항복 토크 발생장치(100)에 따르면, 회전 부재(200)가 회전축(140)에 강성 결합되지 않고, 장치가 수용할 수 있는 토크 이상의 외력에 의해 회전 운동이 방해를 받게 되면, 일정한 회전 변위를 통해 기구부가 보호될 수 있다. 또한, 회전 부재(200)에 접촉하는 사물이나 사람 등에게 회전력이 그대로 전달되지 않고, 충격이 흡수될 수 있는 이점이 있다.
또한, 간단하게 판 부재에 통공을 형성하여 항복토크를 발생시킬 수 있으며, 상기의 변수들을 조절함으로써, 다양한 범위의 항복 토크를 설정할 수 있다. 특히, 항복 토크를 결정하는 변수인 탄성계수(K), 초기 압축 길이(e), 절곡부의 각도(A)를 조절하면 전체적인 형상에 큰 변화없이도 다양한 범위의 항복 토크를 설정할 수 있다.
도 6a 및 6b 는 또 다른 실시예의 항복토크 발생장치(100)의 개략적인 평면도이다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 캠 부재(110)에 형성된 통공에는 초기 위치부(113c)와, 초기 위치부(113c)를 기준으로 양쪽으로 대칭되는 변위 위치부(113a)가 형성된다. 따라서, 양 방향 회전 모두에 대해서도 일정 토크 이상에서 회전 변 위가 발생할 수 있게 되어 회전의 방향성에 따라 설치를 달리해야하는 불편함을 해소할 수 있다.
또한, 도 6b에 도시된 바와 같이, 초기 위치부(113c)와, 초기 위치부(113c)를 기준으로 양쪽으로 대칭되는 변위 위치부(113a)가 형성되어 있는 통공(113)이 회전축(140)을 중심으로 좌우 대칭 형성될 수도 있다. 이 경우, 신축 부재(120) 또한 회전축을 중심으로 양방향으로 형성된다. 한 방향으로만 통공을 형성하는 경우에 비해 대칭성이 있어, 항복토크 발생장치(100)는 회전 운동시 무게 중심을 맞출 수 있는 이점이 있다.
도 7a 및 7b는 또 다른 실시예에 따른 항복 토크 발생 장치(100)의 동작을 나타내는 개략적인 평면도이다. 도 8은 또 다른 실시예에 따른 항복 토크 발생 장치(100)의 개략적인 평면도이다.
도 7a 및 7b에 도시된 바와 같이, 캠 부재(110)에는 변위 위치부(115a), 절곡부(115b) 및 초기 위치부(115c)가 형성된 제 1 통공(115)과, 복귀 위치부(116a)와 초기 위치부(116b)가 형성된 제 2 통공(116)이 형성된다.
제 1 통공(115)의 형상과 기능은 도 4a 및 4b에 도시된 통공(111)과 동일하므로 그 자세한 기재는 생략한다. 제 2 통공(116)의 복귀 위치부(116a)는 초기 위치부(116b)를 기준으로 회전축(140)으로부터 캠 부재(110)의 회전 방향으로 반지름이 기울기가 일정한 직선 형태로 감소하는 형상을 가진다. 다만, 복귀 위치부(116a)의 반지름은 반드시 직선 형태로 감소하여야 하는 것은 아니며, 초기 위치부(11b)를 기준으로 그 반지름이 일정한 비율로 부드럽게 감소하는 곡선 형태로 형 성될 수도 있다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 회전 부재(200)에 외력이 작용하지 아니하는 경우, 양 방향으로 형성된 신축 부재(120)는 각각 제 1 통공(115)의 초기 위치부(115c) 및 제 2 통공(116)의 초기 위치부(116b)에 위치한다. 이 경우, 신축 부재(120)에 연결된 탄성부재(130)의 탄성력이 각 초기 위치부(115c, 116b)에 작용하게 된다. 따라서, 신축 부재(120)가 구동 수단에 의해 회전하게 되면, 캠 부재(110)와 회전 부재(200)는 함께 회전한다.
회전하는 도중, 도 7b에 도시된 바와 같이, 회전 부재(200)에 사물(M)이 접촉하게 되면, 도 4a 및 4b의 실시예에서 설명한 것과 마찬가지로, 제 1 통공(115)에 접한 신축 부재(120)의 유효길이가 감소하면서, 신축 부재(120)에 연결된 구름체(121)는 절곡부(115b)를 통해 변위 위치부(115a)로 이탈하게 된다. 신축 부재(120)에 연결된 구름체(121)가 절곡부(115b)를 통해 변위 위치부(115)로 이탈하게 되면 제 2 통공(116)에 접한 신축 부재(120)는 복귀 위치부(116a)로 이동하게 된다. 복귀 위치부(116a)는 초기 위치부(116b)를 기준으로 회전축(140)으로부터 캠 부재(110)의 회전 방향으로 반지름이 감소하는 형상을 가지므로, 제 2 통공(116)에 접한 신축 부재(120)의 유효길이도 감소하게 되고, 그에 연결된 탄성 부재(130)를 압축하게 된다. 따라서, 탄성 부재(130)의 탄성력이 제 2 통공(116)의 복귀 위치부(116a)에 작용된다.
회전 부재(200)에 작용하던 외력이 사라지는 경우, 즉 사물(M)이 제거되면 제 2 통공(116)의 복귀 위치부(116a)에 작용하던 탄성력과 상쇄되는 외력이 제거되 므로, 제 2 통공(116)에 접한 신축 부재(120)는 부드러운 면을 가지는 복귀 위치부(116a)를 따라 다시 초기 위치부(116b)로 자동으로 복귀하게 된다. 따라서, 탄성력에 의해 제 2 통공(116)에 접한 신축 부재(120)가 복귀하게 되면, 제 1 통공(115)에 접한 신축 부재(120) 또한 초기 위치부(115c)로 복귀한다.
본 실시예에 따른 항복토크 발생장치(100)에 따르면, 회전 부재에 외력이 작용하여 항복토크 발생장치(100)가 초기 위치에서 이탈하여 일정한 회전 변위를 발생시킨 후, 외력이 제거되면 자동으로 초기 위치로 복귀할 수 있는 이점이 있다. 따라서, 초기 위치 복귀를 위한 추가 장치를 설치하거나, 추가적인 단계를 거치지 않아도 된다. 판 부재에 통공을 형성하는 간단한 작업을 통해 간단한 구조의 항복토크 발생장치(100)가 얻어진다.
도 8에 도시된 바와 같이, 캠 부재(110)에는 초기 위치부(117c, 118c)와, 초기 위치부(117c, 118c)를 기준으로 양쪽으로 변위 위치부(117a, 118a)와 복귀 위치부(117c, 118c)가 형성된 두 통공(117, 118)이 회전축(140)을 중심으로 좌우대칭되게 형성될 수 있다. 따라서, 양 방향 회전 모두에 대해서도 일정 토크 이상에서 회전 변위가 발생할 수 있게 되어 회전의 방향성에 따라 설치를 달리해야하는 불편함을 해소할 수 있다.
본 발명에 다른 항복토크 발생장치(100)는 로봇 머니퓰레이터의 조인트와 같이 회전 운동을 하는 회전 기구에 이용될 수 있다. 항복토크 발생장치(100)는 회전 기구의 출력부인 회전 부재에 연결되어, 상기 회전기구의 구동 수단의 회전력을 회전 부재에 전달한다. 회전 부재에 외력이 작용하게 되면, 항복토크 발생장치(100) 는 상술한 기능을 발휘하게 된다.
도 9는 본 발명에 일 실시예에 따른 항복토크 발생장치(100)를 이용한 머니퓰레이터의 조인트(200)의 사시도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 항복토크 발생장치(100)의 캠 부재(110)에는 머니퓰레이터의 조인트(200)의 출력부인 회전 부재(200)가 연결된다. 항복토크 발생장치(100)의 신축부재와 탄성 부재를 연결하는 프레임(150)은 회전 드럼(201)에 연결된다. 회전 드럼(201)은 구동 모터와 같은, 구동 수단에 의해서 회전 운동하게 되고, 프레임(150)을 회전 운동시킨다.
도 1은 본 발명의 회전 부재(200)가 연결된 일실시예에 따른 항복 토크 발생 장치(100)의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 캠 부재(110)의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 신축 부재(120) 및 탄성 부재(130)를 포함하는 평면도이다.
도 4a 는 본 발명의 일 실시예에 따른 항복 토크 발생 장치(100)의 초기위치에서의 동작을 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 항복 토크 발생 장치(100)의 변위위치에서의 동작을 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 5는 초기 위치부(112c)와 변위 위치부(112a)의 경계에 형성된 절곡부(112b)에서의 힘의 관계를 나타내는 개념도이다.
도 6a 및 6b 는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 항복토크 발생장치(100)의 개략적인 평면도이다.
도 7a 및 7b는 볼 발명의 또 다른 실시예에 따른 항복 토크 발생 장치(100)의 동작을 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 항복 토크 발생 장치(100)의 개략적인 평면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 항복 토크 발생장치(100)를 이용한 로봇 머니퓰레이터의 조인트(200)의 사시도이다.

Claims (11)

  1. 회전축과 수직하게 연결되고, 상기 회전축을 중심으로 내외측 방향으로 길이가 변동 가능한 신축 부재;
    상기 신축 부재에 연결되어, 상기 신축 부재가 상기 회전축을 중심으로 외측 방향으로 탄성력을 받도록 하는 탄성 부재; 및
    상기 회전축에 자유회전이 가능하게 연결되고, 상기 회전축의 회전력을 회전 부재에 전달하는 캠 부재를 포함하며,
    상기 캠 부재에는 상기 캠 부재의 상면과 하면을 관통하는 통공이 형성되어 있고,
    상기 신축 부재의 일 단부에 형성된 구름체가 상기 캠 부재의 통공에 삽입되어, 상기 탄성 부재의 탄성력에 의해 상기 통공의 내측면에 접하도록 설치되며,
    상기 통공의 내측면에는 상기 신축 부재가 초기에 위치하는 초기 위치부, 및 상기 초기 위치부 보다 작은 지름을 가지고 상기 회전축을 중심으로 동일한 지름을 갖는 변위 위치부가 형성되는 것을 특징으로 하는 항복 토크 발생장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 변위 위치부는 상기 초기 위치부를 중심으로 좌우 대칭으로 형성되는 것을 특징으로 하는 항복 토크 발생장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 캠 부재에는 상기 통공이 상기 회전축을 중심으로 좌우 대칭으로 형성되고,
    상기 신축 부재는 상기 회전축을 중심으로 좌우 대칭으로 형성되는 것을 특징으로 하는 항복 토크 발생장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 캠 부재에는 상기 회전축을 중심으로 상기 통공의 반대측에 또 다른 통공이 형성되어 있고,
    상기 신축 부재는 상기 회전축을 중심으로 좌우 대칭으로 형성되어 상기 캠 부재의 상기 통공 및 상기 또 다른 통공에 삽입되고,
    상기 또 다른 통공에는 상기 신축 부재가 위치하는 초기 위치부 및 상기 초기 위치부에서부터 반지름이 감소하는 복귀 위치부가 형성되는 것을 특징으로 하는 항복 토크 발생 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복귀 위치부는 상기 초기 위치부에서부터 그 반지름이 기울기가 일정한 직선 형태로 감소하는 것을 특징으로 하는 항복 토크 발생 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 통공에는 초기 위치부로부터 반지름이 일정하게 감소하는 복귀 위치부가 더 형성되며,
    상기 캠 부재에는 상기 통공이 상기 회전축을 중심으로 좌우 대칭으로 형성되고,
    상기 신축 부재는 상기 회전축을 중심으로 좌우 대칭으로 형성되는 것을 특징으로 하는 항복 토크 발생장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복귀 위치부는 상기 초기 위치부에서부터 그 반지름이 기울기가 일정한 직선 형태로 감소하는 것을 특징으로 하는 항복 토크 발생 장치.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄성 부재는 나선 스프링인 것을 특징으로 하는 항복 토크 발생장치.
  9. 삭제
  10. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항의 항복 토크 발생장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전기구.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 회전기구는 머니퓰레이터의 조인트로 사용되는 것을 특징으로 하는 회전기구.
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