KR101034946B1 - 액티브 액츄에이터 모듈 및 이를 구비하는 액티브 액츄에이터 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 하우징; 상기 하우징에 관통 배치되어 일단이 외부로 노출 배치되는 샤프트; 상기 샤프트에 회전력을 제공하는 액츄에이터부; 상기 액츄에이터부와 상기 샤프트 사이에 배치되어 상기 액츄에이터부로부터 생성된 회전력을 상기 샤프트에 전달하여 상기 샤프트의 회전을 강성 내지 위치 제어 가능하게 하는 캠 유니트;를 구비하고, 상기 캠 유니트는 상기 샤프트의 회전 강성을 비선형적으로 가변 가능하게 하는 액티브 액츄에이터 모듈 및 액티브 액츄에이터 시스템을 제공한다.

Description

액티브 액츄에이터 모듈 및 이를 구비하는 액티브 액츄에이터 시스템{ACTIVE ACTUATOR MODULE AND ACTIVE ACTUATOR SYSTEM HAVING THE SAME}

본 발명은 액츄에이터 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 간단한 구조의 컴팩트화 가능하고 안전 사고 발생을 방지할 수 있는 구조의 액츄에이터 모듈 및 이를 구비하는 액츄에이터 시스템에 관한 것이다.

로봇에 대한 수요는 산업용으로서 뿐만 아니라 가정용에 대한 수요도 증대되고 있고, 이에 따라 로봇 연구가 활발하게 진행되고 있다. 특히, 로봇의 동작에 관절 운동이 로봇 동작의 중요 부분을 이루는데, 종래 기술에 로봇은 강성과 위치 제어를 위하여 복잡한 구조와 상당한 장착 공간을 요구하였다.

뿐만 아니라, 종래 로봇의 동작시 외부 물체와의 충돌시 발생하는 물체 내지 로봇의 손상을 방지하기 위한 안전 장치를 구비하나, 종래 기술에 따른 안전 장치는 전기적 제어만을 통하여 로봇에 입력되는 전기 모터로부터의 구동력을 급격하게 감소시키는 구조를 취하였다. 하지만, 종래 기술에 따른 안전 구조는 감지하여 전기 모터에 인가되는 제어 시간이 물리적 충돌시 발생하는 충격량 전달 시간 대비 상당한 크기를 갖는다는 점에서 완전한 안전 기능을 수행하기 어려웠다.

본 발명은 보다 간단한 구조로 강성 내지 위치 제어를 가능하게 하고, 이와 동시에 물체와의 충돌시 신속한 안전 동작을 가능하게 하는 구조의 액티브 액츄에이터 모듈 및 이를 구비하는 액티브 액츄에이터 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 하우징; 상기 하우징에 관통 배치되어 일단이 외부로 노출 배치되는 샤프트; 상기 샤프트에 회전력을 제공하는 액츄에이터부; 상기 액츄에이터부와 상기 샤프트 사이에 배치되어 상기 액츄에이터부로부터 생성된 회전력을 상기 샤프트에 전달하여 상기 샤프트의 회전을 강성 내지 위치 제어 가능하게 하는 캠 유니트;를 구비하고, 상기 캠 유니트는 상기 샤프트의 회전 강성을 비선형적으로 가변 가능하게 하는 액티브 액츄에이터 모듈을 제공한다.

상기 액티브 액츄에이터 모듈에 있어서, 상기 캠 유니트는 상기 샤프트의 각각의 방향에 대한 독립 제어를 가능하게 하는 한 쌍이 구비될 수도 있다.

상기 액티브 액츄에이터 모듈에 있어서, 상기 캠 유니트는: 상기 액츄에이터부에 의하여 회동 가능하게 배치되고 일면에 캠 프로파일이 형성되는 캠 플레이트와, 상기 캠 플레이트와 마주하도록 배치되고 상기 샤프트와 직결되어 함께 가동 가능한 캠 미디엄과, 상기 캠 플레이트와 상기 캠 미디엄을 연결하되, 상기 캠 프 로파일과의 상호 작용을 이루는 캠 팔로워부를 포함할 수도 있다.

상기 액티브 액츄에이터 모듈에 있어서, 상기 캠 팔로워부는: 상기 캠 미디엄에 가동 가능하게 수용되는 캠 팔로워 바디와, 상기 캠 팔로워 바디의 일측에 연결되어 상기 캠 프로파일을 따라 접촉 가동되는 캠 팔로워 롤러부와, 상기 캠 팔로워 롤러부와 상기 캠 프로파일 간의 상호 작용을 통하여 가동 가능한 상기 캠 팔로워 바디를 탄성 지지하는 캠 팔로워 탄성부를 포함할 수도 있다.

상기 액티브 액츄에이터 모듈에 있어서, 상기 캠 프로파일은: 상기 캠 플레이트와 상기 캠 미디엄 간의 상대 회동 운동시, 상기 샤프트의 회전 강성을 비선형적 특성을 갖도록 하는 캠 프로파일 비선형 강성 조절부와, 상기 캠 프로파일 비선형 강성 조절부의 단부에 배치되고, 상기 샤프트에 사전 설정 값 이상의 토크가 인가되는 경우 상기 샤프트의 회전 강성을 사전 설정 안전 값 이하로 감소시키는 캠 프로파일 안전 강성 조절부를 구비할 수도 있다.

상기 액티브 액츄에이터 모듈에 있어서, 상기 캠 팔로워 바디는: 상기 캠 팔로워 롤러부가 장착되는 캠 팔로워 바디 프레임과, 상기 캠 팔로워 바디 프레임에 연결되고 상기 캠 팔로워 바디의 가동 방향을 따라 연장 형성되는 캠 팔로워 바디 브릿지와, 상기 캠 팔로워 바디 브릿지의 단부에 연결되고 상기 캠 팔로워 탄성부의 일단을 탄성 지지하는 캠 팔로워 바디 탄성 지지부를 구비할 수도 있다.

상기 액티브 액츄에이터 모듈에 있어서, 상기 캠 팔로워 바디는 U자 형상을 구비하고, 상기 캠 팔로워 바디 브릿지와 상기 캠 팔로워 바디 탄성 지지부는 상기 캠 팔로워 바디 프레임의 양측에 배치되고, 상기 캠 팔로워 탄성부는 두 개가 구비 될 수도 있다.

상기 액티브 액츄에이터 모듈에 있어서, 상기 캠 유니트는 상기 샤프트의 각각의 방향에 대한 독립 제어를 가능하게 하는 한 쌍이 구비되고, 상기 캠 미디엄은 양면에 각각의 상기 캠 팔로워 바디가 수용 배치되고, 상기 액츄에이터부는 복수 개의 액츄에이터를 구비하고, 상기 한 쌍의 캠 플레이트는 상기 캠 미디엄을 사이에 두고 마주하며 배치는 제 1 캠 플레이트와 제 2 캠 플레이트를 구비하되, 각각의 상기 제 1 캠 플레이트 및 상기 제 2 캠 플레이트는 각각의 상기 액츄에이터에 의하여 독립 구동될 수도 있다.

상기 액티브 액츄에이터 모듈에 있어서, 상기 제 1 캠 플레이트 및 상기 제 2 캠플레이트와, 상기 액츄에이터부의 액츄에이터 사이에는 상기 액츄에이터로부터의 회전력을 전달하기 위한 제 1 동력 전달부 및 제 2 동력 전달부가 각각 구비되고, 상기 제 1 동력 전달부 및 상기 제 2 동력 전달부는: 상기 액츄에이터의 구동축과 직결되는 동력 전달 구동 기어와, 상기 각각의 제 1 캠 플레이트 및 상기 제 2 캠 플레이트에 연결되고 상기 동력 전달 구동 기어와 치합 가능한 동력 전달 피동 기어를 구비하되, 상기 제 1 동력 전달부는 동력 전달 하우징을 더 구비하고, 상기 동력 전달 하우징의 일단에는 상기 제 1 캠 플레이트가 배치되고 상기 동력 전달 하우징의 타단에는 상기 동력 전달 피동 기어가 배치되고, 상기 동력 전달 하우징의 내부에는 상기 캠 미디엄 및 상기 제 2 캠 플레이트가 가동 가능하게 수용 배치될 수도 있다.

상기 액티브 액츄에이터 모듈에 있어서, 상기 동력 전달 구동 기어는 상기 동력 전달 피동 기어에 내접하고, 상기 동력 전달부: 상기 샤프트에 회동 가능하게 동축 배치되고 상기 동력 전달 구동 기어와 외접하는 동력 전달 샤프트 기어와, 상기 동력 전달 샤프트 기어와 외접하고 상기 동력 전달 피동 기어와 내접하는 동력 전달 샤프트 기어와 외접하는 동력 전달 아이들 기어를 포함할 수도 있다.

본 발명의 다른 일면에 따르면, 하우징; 상기 하우징에 관통 배치되어 일단이 외부로 노출 배치되는 샤프트; 상기 샤프트에 회전력을 제공하는 액츄에이터부; 상기 액츄에이터부와 상기 샤프트 사이에 배치되어 상기 액츄에이터부로부터 생성된 회전력을 상기 샤프트에 전달하여 상기 샤프트의 회전을 강성 내지 위치 제어 가능하게 하는 캠 유니트;를 구비하고, 상기 캠 유니트는 상기 샤프트의 회전 강성을 비선형적으로 가변 가능하게 하는 액티브 액츄에이터 모듈과, 상기 샤프트의 회전 상태를 감지하는 감지부와, 상기 액티브 액츄에이터 모듈의 상기 샤프트의 회전 강성의 비선형적 특성이 사전 저장된 저장부와, 상기 감지부 및 상기 저장부와 전기적 소통을 이루어 상기 샤프트의 회전 강성 내지 위치를 제어하기 위한 제어 신호를 상기 액츄에이터부에 출력하기 위한 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 액티브 액츄에이터 시스템을 제공할 수도 있다.

상기 액티브 액츄에이터 시스템에 있어서, 상기 캠 유니트는: 상기 액츄에이터부에 의하여 회동 가능하게 배치되고 일면에 캠 프로파일이 형성되는 캠 플레이트와, 상기 캠 플레이트와 마주하도록 배치되고 상기 샤프트와 직결되어 함께 가동 가능한 캠 미디엄과, 상기 캠 플레이트와 상기 캠 미디엄을 연결하되, 상기 캠 프로파일과의 상호 작용을 이루는 캠 팔로워부를 포함할 수도 있다.

상기 액티브 액츄에이터 시스템에 있어서, 상기 캠 팔로워부는: 상기 캠 미디엄에 가동 가능하게 수용되는 캠 팔로워 바디와, 상기 캠 팔로워 바디의 일측에 연결되어 상기 캠 프로파일을 따라 접촉 가동되는 캠 팔로워 롤러부와, 상기 캠 팔로워 롤러부와 상기 캠 프로파일 간의 상호 작용을 통하여 가동 가능한 상기 캠 팔로워 바디를 탄성 지지하는 캠 팔로워 탄성부를 포함할 수도 있다.

상기 액티브 액츄에이터 시스템에 있어서, 상기 캠 프로파일은: 상기 캠 플레이트와 상기 캠 미디엄 간의 상대 회동 운동시, 상기 샤프트의 회전 강성을 비선형적 특성을 갖도록 하는 캠 프로파일 비선형 강성 조절부와, 상기 캠 프로파일 비선형 강성 조절부의 단부에 배치되고, 상기 샤프트에 사전 설정 값 이상의 토크가 인가되는 경우 상기 샤프트의 회전 강성을 사전 설정 안전 값 이하로 감소시키는 캠 프로파일 안전 강성 조절부를 구비할 수도 있다.

상기 액티브 액츄에이터 시스템에 있어서, 상기 캠 팔로워 바디는: 상기 캠 팔로워 롤러부가 장착되는 캠 팔로워 바디 프레임과, 상기 캠 팔로워 바디 프레임에 연결되고 상기 캠 팔로워 바디의 가동 방향을 따라 연장 형성되는 캠 팔로워 바디 브릿지와, 상기 캠 팔로워 바디 브릿지의 단부에 연결되고 상기 캠 팔로워 탄성부의 일단을 탄성 지지하는 캠 팔로워 바디 탄성 지지부를 구비할 수도 있다.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 액티브 액츄에이터 모듈 및 이를 구비하는 액티브 액츄에이터 시스템은 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫째, 본 발명에 따른 액티브 액츄에이터 모듈 및 이를 구비하는 액티브 액 츄에이터 시스템은, 간단하고 컴팩트한 구조 형성을 가능하게 하여 모듈 내지 시스템의 소형화를 이룰 수 있다.

둘째, 본 발명에 따른 액티브 액츄에이터 모듈 및 이를 구비하는 액티브 액츄에이터 시스템은, 캠 프로파일과 단순한 캠 팔로워 탄성부를 사용하여 소정의 비선형 강성 특성을 이룰 수 있다.

셋째, 본 발명에 따른 액티브 액츄에이터 모듈 및 이를 구비하는 액티브 액츄에이터 시스템은, 캠 프로파일은 안전 구조를 더 구비하여 외부 물체 내지 사람과의 충돌시 안전 사고 발생을 방지 내지 손상의 최소화시킬 수도 있다.

넷째, 본 발명에 따른 액티브 액츄에이터 모듈 및 이를 구비하는 액티브 액츄에이터 시스템은, 캠 유니트 및 액츄에이터부를 통하여 샤프트 내지 출력 링크의 강성 제어 내지 위치 제어를 선택적으로 내지 동시에 실행 가능하여 작동 효율을 최적화시킬 수도 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허 청구 범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

이하에서는 본 발명에 따른 액티브 액츄에이터 모듈(10) 및 이를 구비하는 액티브 액츄에이터 시스템(1)에 대하여 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 1에는 본 발명의 일실시예에 따른 액티브 액츄에이터 모듈(10)의 개략적인 사시도가 도시되고, 도 2 및 도 3에는 본 발명의 일실시예에 따른 액티브 액츄에이터 모듈(10)의 개략적인 분해 사시도가 도시되고, 도 4에는 본 발명의 일부 구성에 대한 개략적인 사시도가 도시되고, 도 5에는 본 발명의 일실시예에 따른 액티브 액츄에이터 모듈(10)의 캠 유니트의 개략적인 사시도가 도시되고, 도 6 내지 도 9에는 본 발명의 일실시예에 따른 액티브 액츄에이터 모듈(10) 캠 유니트의 작동 상태에 따른 개략적인 평면도 내지 분해 사시도가 도시되고, 도 10에는 본 발명의 일실시예에 따른 액티브 액츄에이터 모듈(10)을 구비하는 액티브 액츄에이터 시스템(1)의 개략적인 블록 선도가 도시되고, 도 11 및 도 12에는 본 발명의 일실시예에 따른 액티브 액츄에이터 모듈(10)의 동력 전달부 및 액츄에이터부의 개략적인 부분 사시도 내지 부분 정면도가 도시되고, 도 13에는 본 발명의 일실시예에 따른 액티브 액츄에이터 모듈(10)의 샤프트의 출력 상태를 나타내는 개략적인 선도이고, 도 14 및 도 15에는 본 발명의 일실시예에 따른 액티브 액츄에이터 모듈(10)의 충돌 상태를 나타내는 개략적인 상태도 내지 충돌시 접촉력 상태 선도가 도시되고, 도 16 내지 도 18에는 본 발명의 일실시예에 따른 액티브 액츄에이터 모듈(10)의 강성 조절각을 나타내는 개략적인 선도와 강성 조절각의 변화에 따른 토크 변화 및 강성 변화를 나타내는 개략적인 선도가 도시된다.

본 발명에 따른 액티브 액츄에이터 모듈(10)은 하우징(100)과 샤프트(200)와 액츄에이터부(300)와 캠 유니트(400)를 구비하는데, 하우징(100)에 다른 구성요소들이 안정적으로 배치된다.

하우징(100)은 하우징 바디(110)와 하우징 베이스(120)를 포함하는데, 하우징 바디(110)와 하우징 베이스(120)는 서로 맞물리어 내부 공간을 형성하고, 형성된 내부 공간에는 다른 구성요소들이 안정적으로 수용 배치된다. 하우징 바디(110)의 일면 중앙에는 하기되는 샤프트(200)의 일단을 외측으로 노출 배치되는 것을 가능하게 하는 바디 관통구(111)가 배치된다. 하우징 베이스(120)에는 베이스 관통구(121)가 배치되는데, 베이스 관통구(121)에는 하기되는 액츄에이터부(300)의 액츄에이터(310;310a,310b)의 액츄에이터 샤프트(311;311a,311b)가 관통하여 하우징(100)의 내부 공간 측으로 배치되는 것을 가능하게 한다.

샤프트(200)는 하우징(100)의 내부에 회동 가능하게 배치되고, 일단이 하우징 바디(110)의 바디 관통구(111)를 통하여 외부로 노출되도록 배치된다. 샤프트(200)의 노출된 일단에는 출력 링크(2)가 배치되는데, 출력 링크(2)는 본 실시예에서 바아 타입의 링크로 구현되었으나 샤프트(200)를 통한 비선형적 출력을 제공하는 범위에서 설계 사양에 따라 다양한 구성이 가능하다. 샤프트(200)는 일단이 하우징(100)의 바디 관통구(111)를 통하여 외부로 노출되되, 하우징(100)의 내부에 회동 가능하게 장착되는데, 샤프트(200)는 하기되는 다른 구성요소들을 관통하고 베어링(미도시) 등을 통하여 하우징(100)의 내부에서 안정적으로 회동 가능하도록 배치된다.

액츄에이터부(300)는 하나 이상의 액츄에이터(310;310a,310b)를 포함하는데, 액츄에이터(310)는 외부로부터 입력되는 전기적 신호에 따라 가동되는 전기 모터로 구현된다. 본 실시예에서 액츄에이터(310)는 두 개가 구비되는 것으로 도시되는 데, 각각의 액츄에이터(310a,310b), 즉 제 1 액츄에이터(310a)와 제 2 액츄에이터(310b)는 제 1 액츄에이터 샤프트와 제 2 액츄에이터 샤프트를 포함하는 각각의 액츄에이터 샤프트(311;311a,311b)를 구비하고 각각의 액츄에이터 샤프트(311;311a,311b)는 하우징의 내부 측으로 배치되어 다른 구성요소, 즉 하기되는 캠 유니트(400)와의 연결 구조를 형성한다. 본 실시예에서 명확하게 도시되지는 않았으나 액츄에이터부(300)에는 별도의 감속기 등이 구비되어 고속 회전보다는 고출력 토크 전달을 중점으로 하는 기능을 수행하기 위한 구성을 더 구비할 수도 있다.

캠 유니트(400)는 액츄에이터부(300)와 샤프트(200) 사이에 배치되어 액츄에이터부(300)로부터 생서오딘 회전력을 샤프트(200)로 전달하여 샤프트(200)의 회전을 강성 내지 위치 제어 가능하게 한다. 즉, 캠 유니트(400)는 액츄에이터부(200)로부터 생성된 회전력을 전달받아 이를 샤프트(200)의 회전 동작시 작용하는 샤프트(200)의 회전에 대한 강성을 변동시켜 샤프트(200)의 회전 강성, 궁극적으로 샤프트(200)와 연결되는 출력 링크(2)의 최종 회전 강성을 변화시키거나 또는 샤프트(200)의 회전 동작시 샤프트(200)의 회전각의 위치 제어를 이루어 샤프트(200)의 회전에 대한 회전 강성을 일정하게 유지하도록 회전 위치, 즉 회전 각도를 제어할 수 있다. 본 발명에 따른 캠 유니트(400)는 샤프트(200)의 회전 강성을 비선형적으로 가변 가능하게 한다.

본 실시예에서 캠 유니트(400)는 샤프트(200)의 각각의 방향, 즉 샤프트(200)의 길이 방향에 수직한 평면 상에서 볼 때, 시계 방향 내지 반시계 방향의 각각의 방향에 대한 독립 제어를 가능하게 하도록 한 쌍이 구비되고, 한 쌍의 캠 유니트(400)는 일체화되는 구조를 형성하는데, 각각이 별개의 구성을 취할 수도 있고 일방향만으로의 제어를 수행할 수도 있는 등 설계 사양에 따라 다양한 구성이 가능하다.

캠 유니트(400) 캠 플레이트(410)와 캠 미디엄(420)과 캠 팔로워부(430)를 포함한다. 캠 플레이트(410)는 액츄에이터부(300)에 의하여 회동 가능하게 배치되고 일면에 캠 프로파일(4113,4115;4113a,4113b,4115a,4115b)을 구비하고, 캠 미디엄(420)은 캠 플레이트(410)와 마주하도록 배치되고 샤프트(200)와 직결되어 샤프트(200)와 함께 회동 가동 가능하고, 캠 팔로워부(430)는 캠 플레이트(410)와 캠 미디엄(420)을 연결하되 캠 플레이트(410)에 형성되는 캠 프로파일과의 상호 작용을 이룬다.

본 실시예에서 캠 유니트는 한 쌍이 구비되되, 서로 단일 유니트화되는 구조를 취하는데, 캠 플레이트와 캠 미디엄의 각각의 조합체가 서로 대칭되도록 배치되는 구조를 취하고 캠 미디엄은 단일 유니트화되어 한 쌍의 캠 플레이트의 사이에 배치되어 각각의 캠 플레이트를 마주하는 구조를 취한다.

캠 플레이트(410;4110a,4110)는 한 쌍이 구비되는데, 캠 플레이트(410;4110a,4110b)은 제 1 캠 플레이트(4110a)와 제 2 캠 플레이트(4110b)를 포함한다. 제 1 캠 플레이트(4110a)와 제 2 캠 플레이트(4110b)를 포함하는 캠 플레이트(410;4110a,4110b)는 각각의 제 1 액츄에이터(310a) 및 제 2 액츄에이터(310b)로부터 동력을 전달받아 하기되는 캠 팔로워부(430)와의 상호 작용을 통하여 소정 의 캠 동작을 구현할 수 있다. 캠 플레이트(410;4110a,4110b)에는 각각 캠 플레이트 샤프트 관통구(4111;4111a,411b)가 구비되는데, 캠 플레이트 샤프트 관통구(411;4111a,4111b)를 통하여 샤프트(200)가 관통 배치되고 캠 플레이트(410)와 샤프트(200)는 상대 회동 운동을 이룰 수 있다. 캠 플레이트(410;4110a,4110b)에는 캠 프로파일(4112;4112a,4112b)가 형성되는데, 캠 프로파일(4112;4112a,4112b)은 캠 플레이트(410;4110a,4110b)에 관통 형성되고 하기되는 캠 팔로워부(430)와 맞물리어 상호 작용을 이룰 수 있다.

캠 미디엄(420;4210a,4210b)은 캠 플레이트(410;4110a,4110b)와 마주하며 배치되는데, 캠 미디엄(420;4210a,4210b)은 캠 미디엄 체결부(4230)을 통하여 체결되어 일체화될 수 있다. 캠 미디엄(420;4210a,4210b)에는 캠 미디엄 수용부(4211;4211a,4211b)가 배치되고 캠 미디엄 수용부(4211;4211a,4211b)의 중앙에는 캠 미디엄 중앙부(4213;4213a,4213b)가 배치되는데, 캠 미디엄 중앙부(4213;4213a,4213b)에는 샤프트(200)가 관통 배치되는 캠 미디엄 중앙부 관통구(4115;4215a,4215b)가 배치되다. 캠 미디어 중앙부 관통구(4115;4115a,4115b)에는 샤프트(200)가 관통 배치되는데, 샤프트(200)는 캠 미디엄 중앙부 관통구(4115,4115a,4115b)에 억지 끼워 맞춤 구조를 이루어 샤프트(200)와 캠 미디엄(420)은 직접 체결되어 함께 가동 가능한 구조를 취한다. 캠 미디엄 수용부(4211)은 캠 미디엄 커버(4220;4220a,4220b)를 통하여 폐쇄될 수 있는데, 캠 미디엄 커버(4220;4220a,4220b)에는 캠 미디엄 커버 관통구(4221;4221a,4221b)가 배치되는데, 캠 미디엄 커버 관통구(4221;4221a,4221b)에는 샤프트(200)가 관통 배치 된다. 캠 미디엄 커버 관통구(4221;4221a,4221b)의 외측에는 캠 미디엄 팔로워 관통구(4223;4223a,4223b)가 배치되는데, 캠 미디엄 팔로워 관통구(4223;4223a,4223b)는 하기되는 캠 팔로워부(430)의 캠 팔로워 롤러부(4320)의 캠 팔로워 롤러 샤프트(4323)가 관통 배치되어 캠 팔로워부(430)의 직선 운동을 안내할 수 있다.

캠 팔로워부(430)는 캠 팔로워 바디(4310;4310a,4310b)와 캠 팔로워 롤러부(4320;4320a,4320b)와 캠 팔로워 탄성부(4330;4330a,4330b)를 포함하는데, 캠 팔로워 바디(4310;4310a,4310b)는 캠 미디엄 수용부(4211;4211a,4211b)에 가동 가능하게 수용된다. 캠 팔로워 롤러부(4320;4320a,4320b)는 캠 팔로워 바디(4310;4310a,4310b)의 일측에 연결되어 캠 프로파일(4112)을 따라 접촉 가동되고, 캠 팔로워 탄성부(4330;4330a,4330b)는 캠 팔로워 롤러부(4320;4320a,4320b)와 캠 프로파일(4212) 간의 상호 작용을 통하여 가동 가능한 캠 팔로워 바디(4310;4310a,4310b)를 탄성 지지한다.

캠 팔로워 바디(4310;4310a,4310b)는 캠 팔로워 바디 프레임(4311;4311a, 4311b)와 캠 팔로워 바디 브릿지(4313;4313a,4313b)와 캠 팔로워 바디 탄성 지지부(4315;4315a,4315b)를 포함하는데, 캠 팔로워 바디 프레임(4311;4311a,4311b)는 캠 팔로워 롤러부(4320;4320a,4320b)가 장착되고, 캠 팔로워 바디 브릿지(4313; 4313a,4313b)는 캠 팔로워 바디 프레임(4311;4311a,4311b)에 연결되고 캠 팔로워 바디 프레임(4311;4311a,4311b)의 가동 방향을 따라 연장 형성되고, 캠 팔로워 바디 탄성 지지부(4315;4315a,4315b)는 캠 팔로워 바디 브릿지(4313; 4313a,4313b)의 단부에 연결되고 캠 팔로워 탄성부(4330;4330a,4330b)의 일단을 탄성 지지한다.

캠 팔로워 탄성부(4330;4330a,4330b)는 코일 스프링 타입으로 구현되는데, 이는 본 발명을 설명하기 위한 일예로서 캠 팔로워 바디(4310)의 직선 가동에 대하여 소정의 탄성력을 제공하는 범위에서 다양한 구성이 가능하다. 캠 팔로워 탄성부(4330;4330a,4330b)는 캠 미디엄 수용부(4211;4211a,4211b)에 가동 가능하게 수용배치되는데, 캠 미디어 수용부(4211;4211a,4211b)의 내측에 캠 미디엄 수용부 탄성 지지부(4217;4217a,4217b)가 배치되는데, 캠 팔로워 탄성부(4330;4330a,4330b)의 일단은 캠 미디엄 수용부 탄성 지지부(4217;4217a,4217b)에 의하여 지지되고 캠 팔로워 탄성부(4330;4330a,4330b)의 타단은 캠 팔로워 바디 탄성 지지부(4315;4315a,4315b)에 의하여 지지된다. 따라서, 캠 팔로워 바디(4310)가 캠 미디엄 수용부(4211)의 내부에서 가동되는 경우 캠 팔로워 탄성부(4330)의 가압 상태가변 변형될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 캠 팔로워 바디(4310;4310a,4310b)는 U자 형상을 구비하고, 캠 팔로워 바디 프레임(4311;4311a, 4311b)의 양측에는 각각의 캠 팔로워 바디 브릿지(4313;4313a,4313b)와 캠 팔로워 바디 탄성 지지부(4315;4315a,4315b)가 배치되고, 캠 팔로워 탄성부(4330;4330a,4330b)는 두 개가 배치되어 양측의 캠 팔로워 바디 탄성 지지부(4315;4315a,4315b) 및 이에 대응되는 위치로 캠 미디엄 수용부(4211)의 내측에 형성되는 캠 미디엄 수용부 탄성 지지부(4217)에 의하여 양단 지지될 수 있다.

경우에 따라, 캠 팔로워 바디(4310)의 원활한 직선 슬라이딩 운동을 이루기 위한 구성이 더 구비될 수도 있다. 즉, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 캠 팔로워 바디 가이드부(450)가 더 구비될 수 있는데, 캠 팔로워 바디 가이드부(450)는 캠 팔로워 바디 가이드 롤러(4510)와 캠 팔로워 바디 가이드 롤러 샤프트(4520)와 캠 팔로워 바디 가이드 레일(4530)이 캠 미디엄(420)에 배치된다. 즉, 캠 팔로워 바디 가이드 레일(4530)은 캠 미디엄(420)에 형성된 캠 미디엄 수용부(4211)의 내면에 배치되는데, 캠 팔로워 바디(4310)의 하면에 캠 팔로워 바디 가이드 레일에 대응부가 배치되어 캠 팔로워 바디(4310)가 힘을 받는 경우 안정적인 직선 슬라이딩 운동을 이룰 수 있다. 캠 팔로워 바디 가이드 롤러(4510)는 캠 팔로워 바디 가이드 레일(4530)의 일면 상에 배치될 수 있는데, 캠 팔로워 바디 가이드 롤러(4510)는 캠 팔로워 바디 가이드 롤러 샤프트(4520)에 의하여 회동 가능하게 캠 팔로워 바디 가이드 레일(4530) 상에 배치되어 캠 팔로워 바디(4310)가 캠 팔로워 바디 가이드 레일(4530)을 따라 이동하는 경우 보다 원활한 슬라이딩 운동을 이루도록 안내할 수도 있다.

캠 팔로워 롤러부(4320;4320a,4320b)은 캠 팔로워부(430)에, 보다 구체적으로 캠 팔로워 바디(4310;4310a,4310b)의 캠 팔로워 바디 프레임(4311;4311a,4311b)에 장착되는데, 캠 팔로워 롤러부(4320;4320a,4320b)는 캠 팔로워 롤러(4321;4321a,4321b)와 캠 팔로워 롤러 샤프트(4323;4323a,4323b)를 포함한다. 캠 팔로워 바디(4310;4310a,4310b)에는 캠 팔로워 바디 롤러 샤프트 장착부(4312;4312a,4312b)가 형성되는데, 캠 팔로워 바디 롤러 샤프트 장착부(4312;4312a,4312b)에 캠 팔로워 롤러 샤프트(4323;4323a,4323b)의 일단이 장착 되고, 캠 팔로워 롤러 샤프트(4323;4323a,4323b)의 타단에는 캠 팔로워 롤러(4321;4321a,4321b)가 회동 가능하게 장착된다. 캠 팔로워 롤러(4321;4321a,4321b)는 캠 프로파일(4112)와 접촉하여 캠 프로파일(4112)을 따라 접촉 상태를 형성하며 회동할 수 있다.

캠 유니트(410)와 액츄에이터부(300) 사이에는 액츄에이터부(300)의 액츄에이터(310)에서 생성된 회전 구동력을 전달하기 위한 동력 전달부(440;440a,440b)가 배치되는데, 본 실시예에서 동력 전달부(440)는 제 1 동력 전달부(440a)와 제 2 동력 전달부(440b)를 포함한다. 각각의 동력 전달부(440;440a,440b)는 동력 전달 구동 기어(4410;4410a,4410b)와 동력 전달 피동 기어(4420;4420a,4420b)를 포함하는데, 동력 전달 구동 기어(4410;4410a,4410b)는 액츄에이터(310), 즉 각각의 제 1 액츄에이터(310a) 및 제 2 액츄에이터(310b)와 연결된다. 동력 전달 피동 기어(4420;4420a,4420b)는 제 1 캠 플레이트(4110a) 및 제 2 캠 플레이트(4110b)와 연결되는데, 동력 전달 피동 기어(4420)와 동력 전달 구동 기어(4410)는 서로 치합되어 액츄에이터로부터 생성된 회전 구동력을 각각의 캠 플레이트로 전달한다. 본 실시예에서 동력 전달부의 구성을 보다 컴팩트하게 하기 위한 구성요소가 더 구비될 수 있는데, 본 발명의 일실시예에 따른 동력 전달부(440)는 동력 전달 하우징(4430)을 더 포함한다. 즉, 동력 전달 하우징(4330)은 원통형 구조를 취하고 일단이 제 1 캠 플레이트(4110a)와 연결된다. 제 1 캠 플레이트(4110a)의 외주에는 제 1 캠 플레이트 장착부(4117a)가 배치되고 제 1 캠 플레이트 장착부(4117a)의 대응되는 위치로 동력 전달 하우징(4330)에는 동력 전달 하우징 플레이트 장착 부(4431)이 배치되는데, 양자는 서로 맞물림 체결되어 제 1 캠 플레이트와 동력 전달 하우징(4430)이 함께 일체로 회전 운동 가능한 구조를 취한다. 동력 전달 하우징(4330)의 타단에는 동력 전달 피동 기어(4420a)이 장착되는데, 동력 전달 피동 기어(4420a)는 동력 전달 구동 기어(4410a)와 치합되어 제 1 액츄에이터(310a)에서 생성된 회동력을 전달받음으로써 제 1 캠 플레이트(4110a)의 회동 동작을 제어할 수 있고, 제 1 캠 플레이트(4110a)에 형성되는 캠 프로파일(4112)과 캠 팔로워 롤러부 간의 맞물림 상태를 변화시켜 샤프트(200)의 회전 강성도 변화 제어할 수 있다. 이와 마찬가지로, 제 2 동력 전달부(440b)의 동력 전달 구동 기어(4410b)와 동력 전달 피동 기어(4420b)의 치합을 통하여 제 2 액츄에이터(310b)에서 생성된 동력이 동력 전달 구동 기어(4410b) 및 동력 전달 피동 기어(4420b)를 거쳐 제 2 캠 플레이트(4110b)에 전달되어 소정의 캠 동작을 구현할 수 있다.

이러한 동력 전달 과정에서 동력 전달 구동 기어(4410)는 동력 전달 피동 기어에 내접하는 구조를 취하는데, 이와 같은 내접 구조에서의 안정적인 동력 전달을 위하여 소정의 보완 기어가 더 구비될 수도 있다. 즉, 동력 전달부(440)는 동력 전달 샤프트 기어(4440;4440a,4440b)와 동력 전달 아이들 기어(4450;4450a,4450b)를 더 구비할 수 있는데, 동력 전달 샤프트 기어(4440;4440a,4440b)는 샤프트(200)에 회동 가능하게, 즉 샤프트(200)와 상대 회동 가능하게 동축 배치되고 동력 전달 구동 기어(4410;4410a,4410b)와 외접하고, 동력 전달 아이들 기어(4450;4450a,4450b)는 동력 전달 샤프트 기어(4440;4440a,4440b)와 외접하는 동시에 동력 전달 피동 기어(4420;4420a,4420b)와 내접하도록 배치된다. 본 실시예 에서, 즉, 동력 전달 샤프트 기어(4440)를 중심으로 양측에 동력 전달 아이들 기어(4450)와 동력 전달 구동 기어(4410)가 외접 배치되고, 동력 전달 피동 기어(4420)는 동력 전달 샤프트 기어(4400)와 동축 배치되되 동력 전달 아이들 기어(4450)와 동력 전달 구동 기어(4410)가 내접 배치되는 구조를 취한다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 동력 전달부의 동력 전달 구동 기어와 동력 전달 피동 기어 및 동력 전달 샤프트 기어와 동력 전달 아이들 기어는 샤프트(200)의 길이 방향을 따라 각각의 제 1 동력 전달부와 제 2 동력 전달부에 대하여 적층 구조를 이룸으로써 공간 활용도를 최적화시켜 동력 전달부에 대한 컴팩트한 구성을 가능하게 할 수 있다.

또 한편, 본 발명의 일실시예에 따른 액티브 액츄에이터 모듈(10)은 소정의 비선형적 특성을 이루는 강성 변화 내지 위치 제어 동작 이외에 안정 작동을 확보하기 위한 구성을 더 구비할 수도 있다. 즉, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 캠 플레이트(4110;4110a,4110b)에 형성된 캠 프로파일(4112;4112a,4112b;4113a, 4113b,4115b)은 샤프트(200), 보다 궁극적으로 샤프트(200)에 연결된 출력 링크(2)의 회동시 안전 사고 발생을 방지하기 위하여 샤프트(200)의 회전 강성을 급감시키키 위한 구성을 더 구비하는데, 캠 프로파일(4112)은 캠 프로파일 비선형 강성 조절부(4113;4113a,4113b)와 캠 프로파일 안전 강성 조절부(4115;4115a,4115b)를 포함하는데, 캠 프로파일 비선형 강성 조절부(4113;4113a,4113b)은 캠 플레이트(4110)와 캠 미디엄(420) 간의 상대 회동 운동시, 샤프트(200)의 회전 강성을 비선형적 특성을 갖도록 한다. 즉, 캠 프로파일 비선형 강성 조절 부(4113;4113a,4113b)은 각각의 캠 플레이트(4110;4110a,4110b)에 중심으로부터 거리가 변화되는 형상을 구비하는데, 본 실시예에서 캠 프로파일 비선형 강성 조절부(4113;4113a,4113b)는 직선 형상을 구비한다. 따라서, 액츄에이터(310)의 구동에 의하여 캠 플레이트(4110)가 회동하여 정상 상태, 즉 캠 플레이트에 액츄에이터로부터의 외력이 가해지지 않은 경우로부터 캠 플레이트를 회전시켜 형성되는 경우 간의 캠 프로파일 비선형 강성 조절부가 이루는 경사각(θ)에 대한 토크(τ)의 변화는 비선형적 특성을 갖는다(도 13 참조). 또한, 캠 프로파일 안전 강성 조절부(4115;4115a,4115b)는 캠 프로파일 비선형 강성 조절부(4113;4113a,4113b)의 양단에 배치되는데, 캠 프로파일 안전 강성 조절부(4115;4115a,4115b)는 샤프트(200)에 사전 설정 값 이상의 토크가 인가되는 경우 샤프트(200)의 회전 강성을 사전 설정 안전 값 이하로 감소시킨다. 캠 프로파일 안전 강성 조절부(4115;4115a,4115b)는 캠 프로파일 비선형 강성 조절부가 속한 선 A-A로부터 선 A-A에 평행하고 캠 플레이트의 회전 중심을 포함하는 선 B-B을 향한 방향으로 연장 형성되는 구조를 취한다. 따라서, 캠 팔로워 롤러는 캠 프로파일 비선형 강성 조절부의 단부에서 캠 프로파일 안전 강성 조절부를 따라 급격하게 하강하여 캠 팔로워 롤러의 중심과 샤프트의 중심을 캠 프로파일 비선형 강성 조절부의 양단에서의 최대 거리보다 작은 값을 신속하게 갖도록 함으로써 샤프트(200)의 회전 강성 내지 출력 링크(2)의 회전 강성을 급감시킴으로써 출력 링크(2)와 충돌하는 물체에 대한 손상을 최소화시킬 수 있다. 도 14에 도시된 바와 같이 액티브 액츄에이터 모듈(10)에 연결되는 출력 링크(2)는 물체(5)와 충돌하는 경우, 충돌시 발생하는 접촉력(N)의 출력 값이 도 15에 도시되는데, 점선은 캠 프로파일 안전 강성 조절부가 없는 경우의 출력 값이 도시되고 실선은 캠 프로파일 안전 강성 조절부가 있는 경우의 출력 값이 도시된다. 캠 프로파일 안전 강성 조절부(4115;4115a,4115b)가 없는 경우 샤프트(200)의 구동에 의하여 출력 링크(2)가 물체(5)와 충돌한 후 지속적인 회전력의 형성으로 인하여 출력 링크(2)와 물체(5) 간의 접촉력(N)이 지속적으로 증가한다. 반면, 캠 프로파일 안전 강성 조절부(4115)가 있는 경우, 샤프트(200)의 구동에 의하여 출력 링크(2)와 물체(5)가 충돌한 후 캠 프로파일 안전 강성 조절부(4115)와 캠 팔로워 롤러 간의 상호 작용이 이루어져 캠 유니트(400)에 구비되는 캠 팔로워 탄성부의 탄성 가압력이 완화되어 샤프트(200) 내지 출력 링크(2)의 회전 강성을 소정의 사전 설정된 안전 값 이하로 급격하게 감소시켜 궁극적으로 출력 링크(2)와 물체(5) 간의 접촉력을 최소화시켜 물체(5)의 손상을 최소화 내지 방지할 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 캠 팔로워 롤러는 캠 프로파일 내에서의 원활한 회동을 위하여 캠 프로파일에 형성된 간격보다 작은 직경을 구비하는데, 캠 팔로워 롤러는 캠 프로파일의 샤프트(200) 중심을 향한 내측면에 상시 접촉 상태를 형성하나, 설계 사양에 따라 다양한 변형이 가능한다.

본 발명에 따른 액티브 액츄에이터 모듈(10)의 캠 유니트는 한 쌍이 구비되어 캠 플레이트가 한 쌍이 배치되는데, 각각의 캠 플레이트에 형성된 캠 프로파일은 샤프트(200) 내지 출력 링크(2)의 시계 방향 내지 반시계 방향의 양방향으로의 위치 내지 강성 제어를 이룬다. 도 16에 도시된 바와 같이, 제 1 캠 플레이트(4110a)에 형성된 캠 프로파일 비선형 강성 조절부(4113a)가 이루는 선 AⅠ-AⅠ 및 제 2 탬 플레이트(4110b)에 형성된 캠 프로파일 비선형 강성 조절부(4113b)가 이루는 선 AⅡ-AⅡ 사이의 사이각을 강성 조절각(stiffeness adjustment angle, φ)라고 할 때, 강성 조절각(φ)을 일정하게 변화시키며(본 실시예에서 20도씩 변화) 출력 링크(2) 내지 샤프트(200)에 외력을 가하여 일정 각도만큼 회동시켰을 때, 엔코더 내지 토크 센서를 포함하는 감지부(40, 도 10 참조)를 통하여 얻어진 토크 변화는 도 17에 도시된다. 또한, 도 17에는 측정된 토크 변화를 커브 피팅하여 얻어진 비선형 토크 곡선을 미분하여 얻어지는 강성 곡선은 도 18에 도시되는데, 강성 조절각(φ)이 증가함에 따라 강성이 비선형적으로 증가하는 경향을 파악할 수 있다.

도 6 내지 도 9에는 본 발명의 액티브 액츄에이터 모듈(10)의 캠 플레이트의 회전 상태에 따른 상태 변화를 나타내는 캠 유니트에 대한 개략적인 부분 평면도 및 부분 사시도가 도시되는데, 제 1 캠 플레이트(4110a)의 회전 상태가 정상 상태로부터 큰 변동이 없는 경우, 제 1 캠 플레이트(4110a)에 형성된 캠 프로파일을 따라 제 1 캠 팔로워 롤러(4321a)는 샤프트(200)의 중심으로부터 큰 거리 변동이 발생하지 않고 이에 따른 제 1 캠 팔로워 바디(4310a)도 위치 변동이 크지 않아 캠 미디엄에 수용되는 제 1 캠 팔로워 탄성부(4330)의 가압 상태의 변화도 크지 않아 강성의 변화가 크지 않다. 반면, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 제 1 캠 플레이트(4110a)의 회전 상태, 즉 경사각이 정상 상태 대비 큰 값을 갖는 경우, 캠 미디엄의 내부에 수용된 제 1 캠 팔로워 탄성부(4330)도 큰 값의 변화를 갖고 이에 따른 강성 변화도 큰 값의 변화를 일으켜 선형 특성을 갖는 캠 팔로워 탄성부가 캠 프로파일과의 상호 작용을 통하여 비선형적 특성을 출력하도록 할 수도 있다.

이와 같은 액티브 액츄에이터 모듈(10)의 액츄에이터(310)가 작동하여 소정의 강성을 가지도록 설정하여 강성 제어를 이루거나, 또는 출력 링크(2) 내지 샤프트(200)가 회전함에 따라 캠 팔로워 탄성부의 압축 길이가 변화하지 않도록 캠 플레이트(4110)을 출력 링크 내지 샤프트의 회전 방향과 동일하게 회전시키는 경우 회전 강성의 변화없이 출력 링크 내지 샤프트의 위치 제어를 이룰 수도 있다. 또한, 출력 링크 내지 샤프트의 회전 방향과 동일한 방향으로 제 1 캠 플레이트와 제 2 캠 플레이트를 회전시키되 제 1 캠 플레이트와 제 2 캠 플레이트의 회전 속도를 다르게 하는 경우 강성과 위치 제어를 동시에 실시할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 일면에 따르면 본 발명은 상기한 액티브 액츄에이터 모듈(10)을 구비하는 액티브 액츄에이터 시스템(1)을 제공할 수 있는데, 액티브 액츄에이터 시스템(1)은 액티브 액츄에이터 모듈(10)과, 감지부(40)와, 저장부(30)와, 제어부(20)를 포함한다. 액티브 액츄에이터 모둘(10)은 상기한 바와 동일한 바 중복된 설명은 생략한다. 감지부(40)는 샤프트(200)의 회전 상태를 감지하는데, 감지부(40)는 샤프트(200)와 연결되는 엔코더로 구현되어 샤프트(200)가 회동하는 경우 샤프트(200)의 회전각 내지 회전 속도를 감지할 수 있다. 또한, 감지부(40)는 샤프트(200)의 출력 토크를 감지하는 토크 센서를 더 포함할 수도 있다.

저장부(30)는 액티브 액츄에이터 모듈(10)의 샤프트(200)의 회전 강성의 비선형적 특성이 사전 설정되어 저장될 수 있는데, 샤프트(200)의 회전 강성의 비선 형적 특성은 예를 들어, 도 13에서와 같은 액츄에이터(310)의 구동에 의하여 캠 플레이트(4110)가 회동하여 정상 상태, 즉 캠 플레이트에 액츄에이터로부터의 외력이 가해지지 않은 경우로부터 캠 플레이트를 회전시켜 형성되는 경우 간의 캠 프로파일 비선형 강성 조절부가 이루는 경사각(θ)에 대한 토크(τ)의 변화값을 포함한다. 이러한 캠 유니트의 동작에 따른 비선형적 특성이 사전 설정 저장됨으로써 하기되는 제어부(20)를 통한 샤프트(200) 내지 출력 링크(2)의 위치 제어 내지 강성 제어를 실행할 수 있다. 제어부(20)는 감지부(40) 및 저장부(30)와 전기적 소통을 이루어 샤프트(200)의 회전 강성 내지 위치 제어를 하기 위한 제어 신호를 액츄에이터부(300)의 액츄에이터(310)에 출력한다. 액티브 액츄에이터 시스템(1)은 연산부(60)와 입력부(50)을 더 구비하여 사용자에 의하여 입력부(50)를 통하여 작동 모드를 선택하기 위한 입력 신호를 입력받아 제어부(20)로 전달할 수도 있고, 연산부(60)가 제어부(20)의 제어 신호에 따라 샤프트(200)의 회전 각도 등 위치 제어 내지 강성 제어를 이루기 위한 연산 과정을 수행하는 구조를 취할 수도 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 액티브 액츄에이터 모듈 및 이를 구비하는 액티브 액츄에이터 시스템는, 간단한 구조로 컴팩트한 구성을 가능하게 하고 캠 프로파일의 적절한 설계를 통하여 회전 강성의 급격한 하강을 이루어 외부 충돌로 인한 물체 내지 액티브 액츄에이터 모듈 및 시스템의 손상을 방지하고 안전성을 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 액티브 액츄에이터 모듈의 개략적인 사시도이다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 액티브 액츄에이터 모듈의 개략적인 분해 사시도이다.

도 4는 본 발명의 일부 구성에 대한 개략적인 사시도이다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 액티브 액츄에이터 모듈의 캠 유니트의 개략적인 사시도이다.

도 6 내지 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 액티브 액츄에이터 모듈 캠 유니트의 작동 상태에 따른 개략적인 평면도 내지 분해 사시도이다.

도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 액티브 액츄에이터 모듈을 구비하는 액티브 액츄에이터 시스템의 개략적인 블록 선도이다.

도 11 및 도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 액티브 액츄에이터 모듈의 동력 전달부 및 액츄에이터부의 개략적인 부분 사시도 내지 부분 정면도이다.

도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 액티브 액츄에이터 모듈의 샤프트의 출력 상태를 나타내는 개략적인 선도이다.

도 14 및 도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 액티브 액츄에이터 모듈의 충돌 상태를 나타내는 개략적인 상태도 내지 충돌시 접촉력 상태 선도이다.

도 16 내지 도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 액티브 액츄에이터 모듈의 강성 조절각을 나타내는 개략적인 선도와 강성 조절각의 변화에 따른 토크 변화 및 강성 변화를 나타내는 개략적인 선도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1...액티브 액츄에이터 시스템 10...액티브 액츄에이터 모듈

100...하우징 200...샤프트

300...액츄에이터부 400...캠 유니트

Claims (11)

1. 하우징;

   상기 하우징에 관통 배치되어 일단이 외부로 노출 배치되는 샤프트;

   상기 샤프트에 회전력을 제공하는 액츄에이터부;

   상기 액츄에이터부와 상기 샤프트 사이에 배치되어 상기 액츄에이터부로부터 생성된 회전력을 상기 샤프트에 전달하여 상기 샤프트의 회전을 강성 내지 위치 제어 가능하게 하는 캠 유니트;를 구비하고,

   상기 캠 유니트는 상기 샤프트의 회전 강성을 비선형적으로 가변 가능하게 하는 액티브 액츄에이터 모듈.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 캠 유니트는 상기 샤프트의 각각의 방향에 대한 독립 제어를 가능하게 하는 한 쌍이 구비되는 것을 특징으로 하는 액티브 액츄에이터 모듈.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 캠 유니트는:

   상기 액츄에이터부에 의하여 회동 가능하게 배치되고 일면에 캠 프로파일이 형성되는 캠 플레이트와,

   상기 캠 플레이트와 마주하도록 배치되고 상기 샤프트와 직결되어 함께 가동 가능한 캠 미디엄과,

   상기 캠 플레이트와 상기 캠 미디엄을 연결하되, 상기 캠 프로파일과의 상호 작용을 이루는 캠 팔로워부를 포함하는 것을 특징으로 하는 액티브 액츄에이터 모듈.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 캠 팔로워부는:

   상기 캠 미디엄에 가동 가능하게 수용되는 캠 팔로워 바디와,

   상기 캠 팔로워 바디의 일측에 연결되어 상기 캠 프로파일을 따라 접촉 가동되는 캠 팔로워 롤러부와,

   상기 캠 팔로워 롤러부와 상기 캠 프로파일 간의 상호 작용을 통하여 가동 가능한 상기 캠 팔로워 바디를 탄성 지지하는 캠 팔로워 탄성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 액티브 액츄에이터 모듈.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 캠 프로파일은:

   상기 캠 플레이트와 상기 캠 미디엄 간의 상대 회동 운동시, 상기 샤프트의 회전 강성을 비선형적 특성을 갖도록 하는 캠 프로파일 비선형 강성 조절부와,

   상기 캠 프로파일 비선형 강성 조절부의 단부에 배치되고, 상기 샤프트에 사전 설정 값 이상의 토크가 인가되는 경우 상기 샤프트의 회전 강성을 사전 설정 안 전 값 이하로 감소시키는 캠 프로파일 안전 강성 조절부를 구비하는 것을 특징으로 하는 액티브 액츄에이터 모듈.
6. 제 4항에 있어서,

   상기 캠 팔로워 바디는:

   상기 캠 팔로워 롤러부가 장착되는 캠 팔로워 바디 프레임과,

   상기 캠 팔로워 바디 프레임에 연결되고 상기 캠 팔로워 바디의 가동 방향을 따라 연장 형성되는 캠 팔로워 바디 브릿지와,

   상기 캠 팔로워 바디 브릿지의 단부에 연결되고 상기 캠 팔로워 탄성부의 일단을 탄성 지지하는 캠 팔로워 바디 탄성 지지부를 구비하는 것을 특징으로 하는 액티브 액츄에이터 모듈.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 캠 팔로워 바디는 U자 형상을 구비하고,

   상기 캠 팔로워 바디 브릿지와 상기 캠 팔로워 바디 탄성 지지부는 상기 캠 팔로워 바디 프레임의 양측에 배치되고,

   상기 캠 팔로워 탄성부는 두 개가 구비되는 것을 특징으로 하는 액티브 액츄에이터 모듈.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 캠 유니트는 상기 샤프트의 각각의 방향에 대한 독립 제어를 가능하게 하는 한 쌍이 구비되고, 상기 캠 미디엄은 양면에 각각의 상기 캠 팔로워 바디가 수용 배치되고, 상기 액츄에이터부는 복수 개의 액츄에이터를 구비하고,

   상기 한 쌍의 캠 플레이트는 상기 캠 미디엄을 사이에 두고 마주하며 배치는 제 1 캠 플레이트와 제 2 캠 플레이트를 구비하되, 각각의 상기 제 1 캠 플레이트 및 상기 제 2 캠 플레이트는 각각의 상기 액츄에이터에 의하여 독립 구동되는 것을 특징으로 하는 액티브 액츄에이터 모듈.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 제 1 캠 플레이트 및 상기 제 2 캠플레이트와, 상기 액츄에이터부의 액츄에이터 사이에는 상기 액츄에이터로부터의 회전력을 전달하기 위한 제 1 동력 전달부 및 제 2 동력 전달부가 각각 구비되고,

   상기 제 1 동력 전달부 및 상기 제 2 동력 전달부는:

   상기 액츄에이터의 구동축과 직결되는 동력 전달 구동 기어와,

   상기 각각의 제 1 캠 플레이트 및 상기 제 2 캠 플레이트에 연결되고 상기 동력 전달 구동 기어와 치합 가능한 동력 전달 피동 기어를 구비하되,

   상기 제 1 동력 전달부는 동력 전달 하우징을 더 구비하고,

   상기 동력 전달 하우징의 일단에는 상기 제 1 캠 플레이트가 배치되고 상기 동력 전달 하우징의 타단에는 상기 동력 전달 피동 기어가 배치되고, 상기 동력 전달 하우징의 내부에는 상기 캠 미디엄 및 상기 제 2 캠 플레이트가 가동 가능하게 수용 배치되는 것을 특징으로 하는 액티브 액츄에이터 모듈.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 동력 전달 구동 기어는 상기 동력 전달 피동 기어에 내접하고,

    상기 동력 전달부:

    상기 샤프트에 회동 가능하게 동축 배치되고 상기 동력 전달 구동 기어와 외접하는 동력 전달 샤프트 기어와,

    상기 동력 전달 샤프트 기어와 외접하고 상기 동력 전달 피동 기어와 내접하는 동력 전달 샤프트 기어와 외접하는 동력 전달 아이들 기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 액티브 액츄에이터 모듈.
11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 따른 액티브 액츄에이터 모듈과,

    상기 샤프트의 회전 상태를 감지하는 감지부와,

    상기 액티브 액츄에이터 모듈의 상기 샤프트의 회전 강성의 비선형적 특성이 사전 저장된 저장부와,

    상기 감지부 및 상기 저장부와 전기적 소통을 이루어 상기 샤프트의 회전 강성 내지 위치를 제어하기 위한 제어 신호를 상기 액츄에이터부에 출력하기 위한 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 액티브 액츄에이터 시스템.

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