KR101156921B1 - Linear actuatig device - Google Patents

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KR101156921B1
KR101156921B1 KR1020110030636A KR20110030636A KR101156921B1 KR 101156921 B1 KR101156921 B1 KR 101156921B1 KR 1020110030636 A KR1020110030636 A KR 1020110030636A KR 20110030636 A KR20110030636 A KR 20110030636A KR 101156921 B1 KR101156921 B1 KR 101156921B1
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김성남
심재형
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김성남
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Abstract

PURPOSE: A linear actuating device is provided to independently control a plurality of linear actuators by combining optimized servo motor controller to a linear actuator structure and to enhance responsibility and control reliability. CONSTITUTION: An actuator main body(101) forms an opening window on a part of sidewall to a length direction. A ball screw is composed of a screw unit and a shaft unit. A ball screw nut is combined with the external diameter of the screw unit by using a screw and spirally moves upward and downward. The bottom of a slide shaft is combined with the ball screw nut. A servo motor(300) provides torque to the ball screw. A main body is combined with the external diameter of the slide shaft. A slide guide is composed of a guide protrusion having a guide groove.

Description

리니어 엑츄에이팅 장치{Linear actuatig device}Linear actuating device {Linear actuatig device}

본 발명은 리니어 엑츄에이팅 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무인항공기, 산업용 로봇 및 각종 자동화장치에 광범위하게 사용되는 것으로서 기계적 구성 및 제어구조가 간단할 뿐 아니라 경량이면서도 응답성이 높고 제어효율이 우수한 리니어 엑츄에이팅 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a linear actuating device, and more particularly, it is widely used in an unmanned aerial vehicle, an industrial robot, and various automation devices, and is not only simple in mechanical configuration and control structure, but also light in weight, high in response and control efficiency. An excellent linear actuating device.

리니어 엑츄에이터는 구동모터 또는 전자석의 자력을 이용하여 샤프트가 직선운동을 하도록 한 것으로서 각종 산업용 기계에 적용되고 있다. Linear actuators are used in various industrial machines as the shafts move linearly by using the magnetic force of a drive motor or an electromagnet.

이러한 리니어 엑츄에이터의 주요 적용분야로는 산업용 로봇이나 자동제어장치가 있으며, 특히 최근에는 무인 항공기의 회전날개의 자세조절 및 다관절 로봇의 관절 부분 및 산업용 자동화기기에 널리 채택되고 있는 실정이다. The main applications of such linear actuators include industrial robots and automatic control devices. In particular, recently, the linear actuators have been widely used in posture control of unmanned aerial vehicles, joint parts of articulated robots, and industrial automation devices.

이러한 리니어 엑츄에이터는 이미 여러 종류의 것들이 공지되었으며, 도9 및 도10은 이러한 종래의 리니어 엑츄에이터의 몇가지 예를 나타낸 종단면도이다. Many kinds of such linear actuators are already known, and FIGS. 9 and 10 are longitudinal cross-sectional views showing some examples of such conventional linear actuators.

도9는 등록실용신안 제0426031호 "서보 리니어 엑츄에이터"에 개시된 것이고, 도10은 공개특허공보 특1997-0008794호 "서보 리니어 엑츄에이터"에 개시된 것이다. 9 is disclosed in registered Utility Model No. 0426031, "Servo Linear Actuator", and FIG. 10 is disclosed in Publication No. 1997-0008794, "Servo Linear Actuator."

전기의 등록실용신안의 경우 본체 커버의 내부에 스크류를 장착하고 상기 스크류의 하단에 감속기, 미니모터 및 마이크로 엔코더를 배치하여 스크류가 상하로 직선운동하도록 구성한 것이며, 후기의 등록특허의 경우 구동모터와 벨트에 의하여 동력 연결되어 회전하는 볼스크류의 양단이 유니버설 죠인트에 연결되어 직선운동과 함께 6자유도를 구현하도록 된 것이다. In the case of the former registered utility model, the screw is mounted inside the main body cover, and the reducer, the mini motor and the micro encoder are arranged at the bottom of the screw so that the screw moves up and down linearly. Both ends of the ball screw, which are driven and rotated by a belt, are connected to the universal joint to realize six degrees of freedom with linear motion.

그러나, 이러한 종래의 리니어 엑츄에이터의 경우 다수개를 동시에 제어하는 경우 각각의 구동모터를 서보 컨트롤러가 각각 제어하게 되며, 각 서보 컨트롤러를 주제어기가 다시 제어하는 방식으로 운용되어 응답성이 느리고 제어성능이 떨어지는 문제가 있다. However, in the case of such a conventional linear actuator, the servo controller controls each drive motor separately when a plurality of the linear actuators are controlled at the same time, and is operated in such a way that the main controller recontrols each servo controller, resulting in slow response and poor control performance. there is a problem.

게다가 현재 국내 생산되고 있는 리니어 엑츄에이터의 경우 무게가 무겁고, 출력이 10~30W 급으로 낮아 그 사용범위가 극히 제한적이며, 고성능이 요구되는 무인 항공기나 정밀 자동화기기용 리니어 엑츄에이터의 경우 거의 대부분 수입에 의존하고 있는 실정이다. In addition, the linear actuators produced in Korea are heavy in weight and have a low output range of 10 ~ 30W, and their range of use is extremely limited.In the case of linear actuators for unmanned aerial vehicles or precision automation equipment requiring high performance, most of them depend on imports. I'm doing it.

특히 고성능 DC 모터형 리니어 엑츄에이터의 경우 최근 그 수요가 급증하고 있는 무인 항공기의 회전 날개의 자세 제어를 위하여 구동축에 적용되는데, 이와 같이 무인 항공기용 리니어 엑츄에이터는 공간 설치 면적이 작아야 하고 경량일 것이 요구된다. 다만, 무인 항공기에 적용되는 특성상 출력이 일정 수준 이상이 되어야 함은 당연하다. In particular, high-performance DC motor-type linear actuators are applied to the drive shaft for attitude control of the rotor blades of an unmanned aerial vehicle, which is rapidly increasing in demand. Thus, the linear actuator for an unmanned aerial vehicle is required to have a small space installation area and to be lightweight. . However, due to the nature of the unmanned aerial vehicle, the output must be above a certain level.

따라서, 출력은 높되, 구조가 간단하고 부피가 작아 설치 공간에 제약을 받지 않고 경량이며, 고응답성을 가지며 제어가 용이한 구조의 리니어 엑츄에이터의 개발 및 국산화가 절실히 요구되며, 그에 따른 제어방법의 개발 역시 필요하게 되었다.
Therefore, the output is high, but the structure is simple and the volume is small, so that the development and localization of the linear actuator of the light weight, high responsiveness, and easy to control structure are urgently required. Development was also needed.

등록실용신안 제0426031호 "서보 리니어 엑츄에이터"Utility Model Registration No. 0426031 "Servo Linear Actuator" 공개특허공보 특1997-0008794호 "서보 리니어 엑츄에이터"Patent Publication No. 1997-0008794 "Servo Linear Actuator" 등록특허 제0509784호 "리니어 모터"Registered Patent No.0509784 "Linear Motor" 등록특허 0786674호 "가동 자석형 리니어 엑츄에이터"Registered Patent No. 0786674 "Movable Magnet Linear Actuator"

본 발명에서는 리니어 엑츄에이터의 구조를 개선함으로써 필요한 출력을 제공하면서도 경량이고 설치 면적을 많이 차지하지 않는 컴팩트화된 리니어 엑츄에이팅 장치를 제공하고자 한다. The present invention seeks to provide a compact linear actuating device which provides a necessary output by improving the structure of the linear actuator while being lightweight and does not occupy a large amount of installation area.

본 발명에서는 특히 개선된 리니어 엑츄에이터 구조에 최적화된 서보모터 제어기를 일체로 결합하여 구성함으로써 다수개의 리니어 엑츄에이터의 독립 또는 연동제어가 용이하고 응답성이 우수하며 신뢰성 있는 제어가 가능한 리니어 엑츄에이팅 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
In the present invention, by combining the servo motor controller optimized for the improved linear actuator structure, the linear actuator device is easy to perform independent or interlocking control of a plurality of linear actuators, and has excellent responsiveness and reliable control. It aims to provide.

전술한 목적의 달성을 위하여 본 발명에서는, 모터의 회전운동을 슬라이드 샤프트의 직선운동으로 전환하여 구동하기 위한 리니어 엑츄에이팅 장치에 관한 것으로서, 내부에 중공부가 형성되고 중공부 내측 벽에 상하 길이 방향으로 레일(101a)이 형성되며, 측벽의 일부에 개방창(101b)이 상하 길이 방향으로 형성되는 엑츄에이터 본체(101); 상기 엑츄에이터 본체의 내부에 회전 가능하게 지지가 되는 것으로서 외주면에 나사산이 형성되는 스크류부(110a)와 상기 스크류부의 하단에 일체로 형성되며 외주면에 나사산이 없는 축부(110b)로 이루어지는 볼스크류(110); 상기 볼스크류의 스크류부의 외경에 나사 결합하여 상하로 나선 이동하는 볼스크류 너트(111); 상기 볼스크류의 스크류부의 외경측에 결합하는 중공 관체로서 하단부가 상기 볼스크류 너트에 결합하는 슬라이드 샤프트(120); 및 상기 슬라이드 샤프트의 외경에 결합하는 몸체(141a)와 상기 몸체의 외주면에 형성되는 것으로서 상기 레일에 결합하기 위한 가이드 홈(141c)을 가지는 가이드 돌기(141b)로 이루어지는 슬라이드 가이드(141);를 포함하여 이루어지는 리니어 엑츄에이터(100)와, 상기 볼스크류(110)에 회전력을 제공하기 위한 서보모터(300) 및 이에 연결되는 엔코더와, 상기 엑츄에이터 본체(101)의 개방창(101b)에 결합하는 것으로서 외부의 제어명령을 수신하는 485통신모듈, 상기 서보모터를 구동하기 위한 모터 드라이버, 상기 모터 드라이버를 제어하는 콘트롤러를 포함하는 제어기(210) 및 상기 제어기의 외부를 덮어 엑츄에이터 본체에 고정하는 제어기 커버(220)를 포함하여 이루어지는 서보 제어기(200)로 구성되는 것을 특징으로 하는 리니어 엑츄에이팅 장치가 제안된다. In order to achieve the above object, the present invention relates to a linear actuating device for driving by converting the rotational motion of the motor into a linear motion of the slide shaft, the hollow portion is formed therein and the longitudinal direction on the inner wall of the hollow portion The rail 101a is formed, and the actuator body 101 in which the opening window 101b is formed in the vertical direction in a part of the side wall; The ball screw 110, which is rotatably supported inside the actuator body, is formed integrally with a screw portion 110a having a screw thread formed on an outer circumferential surface thereof, and a shaft portion 110b without a screw thread formed on the outer circumferential surface thereof. ; A ball screw nut 111 that is screwed to the outer diameter of the screw portion of the ball screw and spirally moves up and down; A slide shaft 120 having a lower end coupled to the ball screw nut as a hollow tube coupled to an outer diameter side of the screw portion of the ball screw; And a slide guide 141 formed on a body 141a coupled to the outer diameter of the slide shaft and a guide protrusion 141b having a guide groove 141c for coupling to the rail. The linear actuator 100, the servo motor 300 for providing a rotational force to the ball screw 110 and the encoder connected thereto, and the outside as being coupled to the open window 101b of the actuator body 101 485 communication module for receiving a control command of the controller, a motor driver for driving the servo motor, a controller including a controller for controlling the motor driver 210 and a controller cover 220 for covering the outside of the controller and fixed to the actuator body There is proposed a linear actuating device comprising a servo controller 200 comprising a).

여기서, 상기 개방창(101b)에 결합하는 제어기(210)의 중앙부에는 제1포토인터럽터(211)가 장착되고, 상단에는 제2포토인터럽터(212)가 장착되며, 상기 슬라이드 샤프트(120)에는 센서도그(161)가 장착되도록 함으로써 센서도그의 상하 위치정보를 제1 및 제2포토인터럽터가 감지할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. Here, the first photo interrupter 211 is mounted on the center portion of the controller 210 coupled to the opening window 101b, the second photo interrupter 212 is mounted on the upper end of the controller 210, and the sensor is mounted on the slide shaft 120. It is preferable to allow the first and second photointerrupters to sense the upper and lower position information of the sensor dog by mounting the dog 161.

이때, 상기 리니어 엑츄에이터(100)와 상기 서보모터(300)는 한 개의 베이스 프레임(11) 상에 고정 부착되고, 상기 베이스 프레임의 내부로 연장되는 서보모터축과 볼스크류의 축부(110b)에는 각각 구동기어(302)와 피동기어(102)가 결합하여 아이들 기어(310)를 매개로 동력연결되도록 한다. At this time, the linear actuator 100 and the servo motor 300 are fixedly attached to one base frame 11, and each of the servo motor shaft and the ball screw shaft 110b extending into the base frame 11, respectively. The drive gear 302 and the driven gear 102 are coupled to be powered by the idle gear 310.

한편, 상기 베이스 프레임의 하방에는 하부 고정 브라켓(12a)이 형성되는 하부 커버(12)가 결합하도록 한다.
On the other hand, the lower cover 12 to which the lower fixing bracket 12a is formed below the base frame to be coupled.

본 발명에 의하면 리니어 엑츄에이팅 장치를 구성하는 리니어 엑츄에이터의 구조가 간단하고 내구성이 우수할 뿐 아니라 서보모터와 이를 제어하는 서보 제어기가 리니어 엑츄에이터에 일체로 구성되므로 부피가 작아 설치 면적에 제한을 받지 않으며, 경량이라는 장점이 있다. 이러한 장점은 본 발명의 리니어 엑츄에이팅 장치를 특히 무인 항공기에 적용하는 경우 매우 효과가 크다고 할 것이다. According to the present invention, since the structure of the linear actuator constituting the linear actuator is not only simple and excellent in durability, but also the servo motor and the servo controller controlling the linear actuator are integrally formed with the linear actuator, the volume is not limited to the installation area. It has the advantage of being lightweight. This advantage will be said to be very effective when the linear actuating device of the present invention is particularly applied to an unmanned aerial vehicle.

또한, 다수개의 리니어 엑츄에이팅 장치를 한 개의 그룹으로 구성하여 무인항공기나 산업용 자동화 로봇 등에 적용하는 경우 각 리니어 엑츄에이팅 장치를 직렬 연결하여 하나의 중앙 제어유닛에 의하여 독립 및 연동하여 제어하는 것이 가능하므로 응답성 및 제어 신뢰도가 높다는 장점이 있다. In addition, when a plurality of linear actuating devices are configured in a group and applied to an unmanned aerial vehicle or an industrial automation robot, it is necessary to connect each linear actuating device in series and control them independently and interlocked by one central control unit. This has the advantage of high responsiveness and control reliability.

그리고, 각 리니어 엑츄에이팅 장치에 일체로 구성되는 제어기에 의하여 서보모터와 리니어 엑츄에이터의 실시간 위치정보, 부하정보, 이동속도 및 전류나 전압 값이 계측 및 피드백되므로 더욱 정밀한 자세 제어가 가능하다.
Further, real-time position information, load information, moving speed, and current or voltage values of the servo motor and the linear actuator are measured and fed back by a controller that is integrally configured with each linear actuator, thereby enabling more precise attitude control.

도1은 본 발명에 따른 리니어 엑츄에이팅 장치의 외관 정면도.
도2는 본 발명의 리니어 엑츄에이팅 장치의 조립 사시도.
도3은 본 발명의 리니어 엑츄에이터의 종단면도.
도4는 본 발명의 슬라이드 가이드와 엑츄에이터 본체 내부의 외관 사시도.
도5는 본 발명에 따른 리니어 엑츄에이팅 장치의 제어방식을 나타낸 개념도.
도6은 본 발명의 리니어 엑츄에이팅 장치의 제어 시스템 개략도.
도7은 본 발명에 따른 리니어 엑츄에이팅 장치의 제어 순서도.
도8은 본 발명에 따른 서보모터 제어기 구성도.
도9 및 도10은 종래의 리니어 엑츄에이터의 종단면도. 1 is an external front view of a linear actuating device according to the present invention;
2 is an assembled perspective view of the linear actuating device of the present invention.
Figure 3 is a longitudinal sectional view of the linear actuator of the present invention.
Figure 4 is an external perspective view of the inside of the slide guide and the actuator body of the present invention.
5 is a conceptual diagram showing a control method of the linear actuating device according to the present invention.
6 is a schematic diagram of a control system of the linear actuating device of the present invention.
7 is a control flowchart of the linear actuating device according to the present invention.
8 is a configuration diagram of a servo motor controller according to the present invention.
9 and 10 are longitudinal cross-sectional views of a conventional linear actuator.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구성과 작동원리에 관하여 상술한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the configuration and operation principle of the present invention will be described in detail.

도1은 본 발명에 따른 리니어 엑츄에이팅 장치의 외관 정면도이고, 도2는 본 발명의 리니어 엑츄에이팅 장치의 조립 사시도이며, 도3은 본 발명의 리니어 엑츄에이터의 종단면도이다. 1 is an external front view of a linear actuating device according to the present invention, FIG. 2 is an assembled perspective view of the linear actuating device of the present invention, and FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the linear actuator of the present invention.

본 발명의 리니어 엑츄에이팅 장치(10)는 크게 리니어 엑츄에이터(100), 엔코더(미도시)가 내장되는 서보모터(300) 및 상기 리니어 엑츄에이터(100)와 일체로 형성되는 서보 제어기(200)로 구성된다. The linear actuator device 10 of the present invention includes a linear actuator 100, a servo motor 300 in which an encoder (not shown) is built, and a servo controller 200 formed integrally with the linear actuator 100. It is composed.

상기 리니어 엑츄에이터(100)는 도3에 도시한 바와 같이 기본적으로 엑츄에이터 본체(101), 상기 엑츄에이터 본체(101)의 내부에 회전 가능하게 지지되는 볼스크류(110), 상기 볼스크류(110)의 하단에 축결합하는 피동기어(102), 상기 볼스크류(110)의 외주면 나사산에 결합하는 볼스크류 너트(111), 상기 볼스크류 너트(111)에 하단부가 결합하여 상하로 직선이동하는 슬라이드 샤프트(120), 상기 슬라이드 샤프트(120)의 외경에 결합하여 상하로 이송되는 슬라이드 가이드(141)를 포함하여 이루어진다. As shown in FIG. 3, the linear actuator 100 is basically an actuator body 101, a ball screw 110 rotatably supported inside the actuator body 101, and a lower end of the ball screw 110. Driven shaft 102 axially coupled to the ball screw nut 111 coupled to the outer circumferential surface thread of the ball screw 110, the lower end is coupled to the ball screw nut 111 slide shaft 120 to move up and down linearly ), The slide guide 141 is coupled to the outer diameter of the slide shaft 120 is moved up and down.

상기 엑츄에이터 본체(101)는 중공의 내부를 가지는 케이싱으로서 도2에 도시한 바와 같이 외주면 일측에 상하로 길이가 긴 직사각형의 개방창(101b)이 형성되고, 도4에 도시한 바와 같이 내측 벽면에는 상하 길이방향으로 레일(101a)이 형성된다. The actuator body 101 is a casing having a hollow interior, and as shown in FIG. 2, a rectangular open window 101b is formed on one side of the outer circumferential surface of a long vertical length, and as shown in FIG. The rail 101a is formed in the vertical direction.

상기 엑츄에이터 본체(101)는 베이스 프레임(11)에 볼트 등에 의하여 결합하며, 상기 베이스 프레임(11)의 하방에는 하부 커버(12)가 결합하는데 이에 관하여 자세한 설명은 후술한다. The actuator body 101 is coupled to the base frame 11 by bolts, etc., and the lower cover 12 is coupled below the base frame 11, which will be described in detail later.

상기 볼스크류(110)는 단면이 원형이 봉 형상의 것으로서 외주면에 나사산이 형성되는 상부의 스크류부(110a)와 외주면에 나사산이 없는 하부의 축부(110b)로 이루어진다. 상기 볼스크류(110)의 축부(110b)는 도3에 도시한 바와 같이 다수개의 스러스트 베어링(142a,142b)과 볼베어링(143a,143b)에 의하여 회전 가능하게 지지된다. The ball screw 110 is a rod-shaped cross-section is composed of the upper screw portion (110a) is a thread formed on the outer peripheral surface and the lower shaft portion (110b) without a thread on the outer peripheral surface. As shown in FIG. 3, the shaft portion 110b of the ball screw 110 is rotatably supported by a plurality of thrust bearings 142a and 142b and ball bearings 143a and 143b.

상기 베이스 프레임(110)의 내부까지 연장되는 축부(110b)에는 피동기어(102)가 결합하여 후술할 아이들 기어(310)를 거쳐 서보모터(300)의 구동기어(302)에 동력 연결된다. The driven gear 102 is coupled to the shaft portion 110b extending to the inside of the base frame 110 and is electrically connected to the drive gear 302 of the servo motor 300 via an idle gear 310 to be described later.

상기 볼스크류(110)의 스크류부(110a)의 외주면 나사산에는 볼스크류 너트(111)가 나사 결합하여 볼스크류(110)의 회전에 의하여 상하로 나선이동한다. The ball screw nut 111 is screwed to the outer circumferential surface thread of the screw portion 110a of the ball screw 110 to spirally move up and down by the rotation of the ball screw 110.

상기 볼스크류(110)의 스크류부(110a)의 외경에는 중공 관체의 슬라이드 샤프트(120)가 결합하는데, 상기 슬라이드 샤프트(120)는 직선관 형상의 샤프트부(121)와 샤프트부(121)의 하단 내경부를 확장한 것으로서 상기 볼스크류 너트(111)에 결합하는 결합부(122)로 이루어진다. The outer diameter of the screw portion (110a) of the ball screw 110 is coupled to the slide shaft 120 of the hollow tube, the slide shaft 120 of the shaft portion 121 and the shaft portion 121 of the straight tubular shape As the lower inner diameter portion is expanded, the coupling portion 122 is coupled to the ball screw nut 111.

상기 슬라이드 샤프트(120)는 그 하단부가 사기 볼스크류 너트(111)에 결합되므로 볼스크류 너트(111)의 나선 이동과 함께 상하로 슬라이딩 직선 운동을 하게 된다. 상기 슬라이드 샤프트(120)의 상단에는 로드 엔드(130)가 형성된다. Since the lower end of the slide shaft 120 is coupled to the fraudulent ball screw nut 111, the slide shaft 120 performs a linear linear sliding up and down movement with the spiral movement of the ball screw nut 111. The rod end 130 is formed at an upper end of the slide shaft 120.

상기 슬라이드 샤프트(120)의 상단부 외경과 엑츄에이터 본체(101) 사이에는 도시한 바와 같이 리테이너(153)가 장착된다. A retainer 153 is mounted between the outer diameter of the upper end of the slide shaft 120 and the actuator body 101 as shown.

상기 엑츄에이터 본체(101)의 내부 중공부의 상단과 하단에는 각각 고무댐퍼(151a,151b)가 장착되는데 볼스크류 너트(111)나 슬라이드 가이드(141)와의 충돌에 의한 충격을 안정적으로 흡수하고 더 이상의 진행을 방지하기 위한 스토퍼의 역할을 한다. Rubber dampers 151a and 151b are mounted on the upper and lower ends of the inner hollow part of the actuator body 101, respectively, so as to stably absorb the impact caused by the collision with the ball screw nut 111 or the slide guide 141 and further proceed. Acts as a stopper to prevent damage.

상기 슬라이드 샤프트(120)의 외경에는 슬라이드 가이드(141)가 장착되는데, 슬라이드 가이드(141)는 도4에 도시한 바와 같이 링 형상의 몸체(141a)와 상기 몸체(141a)의 외주면 양측에 서로 대향하도록 한 쌍으로 돌출 형성되는 가이드 돌기(141b)로 이루어진다. 상기 가이드 돌기(141b)의 중앙부에는 오목한 가이드 홈(141c)이 형성되어 엑츄에이터 본체(101)의 내측 벽면에 형성되는 레일(101a)에 결합하다. A slide guide 141 is mounted on an outer diameter of the slide shaft 120, and the slide guide 141 faces each other on both sides of a ring-shaped body 141a and an outer circumferential surface of the body 141a as shown in FIG. 4. It consists of a guide projection (141b) protruding in a pair so as to. A concave guide groove 141c is formed in the center portion of the guide protrusion 141b and is coupled to the rail 101a formed on the inner wall surface of the actuator body 101.

따라서 슬라이드 가이드(141)는 슬라이드 샤프트(120)가 상하로 승강할 때 레일(101a)을 따라 이동하면서 슬라이드 샤프트(120)의 직선 운동을 안정적으로 안내하는 역할을 한다. Therefore, the slide guide 141 serves to stably guide the linear motion of the slide shaft 120 while moving along the rail 101a when the slide shaft 120 moves up and down.

상기 베이스 프레임(11)에는 내부에 엔코더가 내장되는 서보모터(300)가 장착되고, 베이스 프레임(11)의 내부로 연장되는 모터축에는 구동기어(302)가 결합한다. The base frame 11 is equipped with a servo motor 300 having an encoder embedded therein, and a drive gear 302 is coupled to a motor shaft extending into the base frame 11.

상기 구동기어(302), 아이들 기어(310) 및 피동기어(102)로 이루어지는 기어군은 상기 베이스 프레임(11)의 내부에 위치한다. The gear group including the drive gear 302, the idle gear 310 and the driven gear 102 is located inside the base frame 11.

상기 베이스 프레임(11)의 하방에는 저면에 하부 고정 브라켓(12a)이 형성되는 하부 커버(12)가 볼트 등에 의하여 결합한다. The lower cover 12 having the lower fixing bracket 12a formed on the bottom of the base frame 11 is coupled by a bolt or the like.

도면에서 미설명부호 11a,12b, 101c, 221은 모두 나사나 볼트가 결합하기 위한 체결공을 나타낸다. In the drawings, reference numerals 11a, 12b, 101c, and 221 denote all fastening holes for coupling screws or bolts.

상기 엑츄에이터 본체(101) 측방의 개방창(101b)에는 서보모터(300)를 구동 및 제어하기 위한 서보 제어기(200)가 볼트 등에 의하여 결합한다. The servo controller 200 for driving and controlling the servo motor 300 is coupled to the open window 101b on the side of the actuator body 101 by bolts or the like.

상기 서보 제어기(200)는 모터를 제어하기 위한 콘트롤러, 모터를 구동하기 위한 모터 드라이버 및 485통신모듈을 구비한 제어기판인 제어기(210)와 상기 제어기(210)를 보호하고 엑츄에이터 본체(101)에 결착하기 위한 제어기 커버(220)로 이루어진다. The servo controller 200 protects the controller 210 and the controller 210, which is a controller board having a controller for controlling the motor, a motor driver for driving the motor, and a 485 communication module, and protects the controller 210. It consists of a controller cover 220 for binding.

상기 제어기(210)의 중앙부에는 제1포토인터럽터(211)가 장착되고, 상단부에는 제2포토인터럽터(212)가 장착되는에 이들이 상기 슬라이드 샤프트(120)에 장착되는 센서도그(161)의 상하 위치를 검출함으로써 슬라이드 샤프트(120)의 상하 위치를 계측하고 서보모터(300)를 구동하게 된다. The first photo interrupter 211 is mounted at the center of the controller 210, and the second photo interrupter 212 is mounted at the upper end thereof, and the upper and lower positions of the sensor dog 161 mounted on the slide shaft 120 are mounted on the upper end of the controller 210. The upper and lower positions of the slide shaft 120 are measured and the servo motor 300 is driven by detecting.

도5는 본 발명에 따른 리니어 엑츄에이팅 장치의 제어방식을 나타낸 개념도이고, 도6은 본 발명의 리니어 엑츄에이팅 장치의 제어 시스템 개략도이다.5 is a conceptual diagram illustrating a control method of the linear actuating device according to the present invention, and FIG. 6 is a schematic diagram of a control system of the linear actuating device according to the present invention.

종래의 리니어 엑츄에이터는 자체 컨트롤러를 포함하고 있지 않아 별도의 외부 제어기가 필요하며, 다수개의 리니어 엑츄에이터를 독립 또는 연동하여 제어하고자 할 때 배선을 병렬방식으로 구성하여 복잡한 문제가 있었다. 또한, 위치정보 이외에는 피트백이 없어 주 제어기에서 각각의 리니어 엑츄에이터의 서보 상태를 정확하게 판단할 수 없는 단점이 있었다. Since the conventional linear actuator does not include its own controller, a separate external controller is required, and when a plurality of linear actuators are to be controlled independently or in conjunction, there is a complicated problem by configuring the wiring in parallel. In addition, since there is no pitback other than the position information, the main controller cannot accurately determine the servo state of each linear actuator.

그러나, 본 발명의 리니어 엑츄에티팅 장치(10)는 컨트롤러를 일체형으로 포함하고 있으므로 다수개의 리니어 엑츄에이팅 장치(10)를 서로 직렬 형태로 배선한 후 485통신을 이용하여 1:N 방식으로 즉, 직렬 제어방식으로 운용할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 본 발명의 리니어 엑츄에이팅 장치(10)에 의하면 슬라이드 샤프트(120)나 서보모터(300)의 위치, 부하, 이동속도를 계측하고 피드백하는 것이 가능하여 더욱 정밀한 자세제어가 가능하게 된다. However, since the linear actuating device 10 of the present invention includes a controller integrally, the plurality of linear actuating devices 10 are wired in series with each other in a 1: N manner using 485 communication. It has the advantage that it can be operated by serial control method. In addition, according to the linear actuating device 10 of the present invention, it is possible to measure and feed back the position, load, and moving speed of the slide shaft 120 or the servomotor 300, thereby enabling more precise posture control.

도6에 도시한 바와 같이 본 발명의 리니어 엑츄에이팅 장치(10)에서는 엑츄에이터 본체(101)에 일체로 장착되는 제어기(210)에 의하여 DC모터인 서보모터(300)의 위치정보, 이동속도, 부하 및 공급전압 등의 정보가 피드백된다. As shown in FIG. 6, in the linear actuator 10 of the present invention, the position information, the moving speed, and the position information of the servo motor 300 which is a DC motor by the controller 210 integrally mounted to the actuator main body 101 are provided. Information such as load and supply voltage is fed back.

외부로부터 송신되는 제어명령과 피드백 정보는 485통신에 의하여 제어기(210)의 콘트롤러와 외부의 주제어기(미도시) 사이에서 교환된다. 상기 제어기(210)의 콘틀롤러는 PID 제어방식으로 모터 드라이버를 제어한다. Control commands and feedback information transmitted from the outside are exchanged between the controller of the controller 210 and an external main controller (not shown) by 485 communication. The controller of the controller 210 controls the motor driver in a PID control manner.

도7은 본 발명에 따른 리니어 엑츄에이팅 장치의 제어 순서도이고, 도8은 본 발명에 따른 서보모터 제어기 구성도이다. 7 is a control flowchart of the linear actuating device according to the present invention, and FIG. 8 is a configuration diagram of a servo motor controller according to the present invention.

본 발명의 리니어 엑츄에이팅 장치(10)에는 전술한 바와 같이 센서도그(161)와 제1 및 제2포토인터럽터(211,212)를 구비한다. 제어기(210)는 모터 드라이버를 통하여 서보모터의 전류값을 검출하고 모터 드라이버를 통하여 서보모터를 구동 제어한다. 또한, 제어기(210)의 콘트롤러는 엔코더로부터 위치 값을 검출하고 제1 및 제2포토인터럽터(211,212)로부터 슬라이드 샤프트(120)의 위치정보와 상승 한계치를 검출한다. 콘트롤러에 의하여 수집된 이와 같은 상태정보들은 제어기(210)의 485통신모듈을 통하여 외부의 주제어기로 전송된다. The linear actuating device 10 of the present invention includes a sensor dog 161 and first and second photointerrupters 211 and 212 as described above. The controller 210 detects the current value of the servomotor through the motor driver and controls the driving of the servomotor through the motor driver. In addition, the controller of the controller 210 detects the position value from the encoder and detects the position information and the rising limit value of the slide shaft 120 from the first and second photo interrupters 211 and 212. Such state information collected by the controller is transmitted to an external main controller through the 485 communication module of the controller 210.

도7은 본 발명의 서보모터(300)를 구동하는 순서의 일 예를 나타낸 것으로서, 초기 기동시 제1포토인터럽터(211)를 이용하여 슬라이드 샤프트(120)의 현재 위치를 검출한 후 서보모터(300)를 구동하여 슬라이드 샤프트(120)를 중앙에 위치시킨 후 외부의 제어명령을 수신하기 위하여 대기한다. 즉, 슬라이드 샤프트(120)가 상하로 운동함에 따라 상기 센서도그(161)도 상하로 운동하는데, 시동 초기에 전원이 인가되면 센서도그(161)는 상방으로 진행하여 제2포토인터럽터(212)에 으하여 감지되고, 이후 제어기(210)에 의하여 하방으로 움직여 제1포토인터럽터(211)에 의하여 감지되고 난 후 모터를 정지시킨다. 그리고, 외부의 제어명령을 수신하면 비로서 콘트롤러가 PID 제어방식으로 서보모터(300)를 구동하여 슬라이드 샤프트(120)를 승강시키게 되는 것이다. FIG. 7 illustrates an example of a procedure of driving the servomotor 300 according to the present invention. After detecting the current position of the slide shaft 120 using the first photointerrupter 211 during initial startup, the servomotor ( 300 is driven to position the slide shaft 120 in the center and wait to receive an external control command. That is, the sensor dog 161 also moves up and down as the slide shaft 120 moves up and down. When power is applied at the initial stage of startup, the sensor dog 161 proceeds upward to the second photointerrupter 212. For example, after sensing by the first photo interrupter 211 is moved downward by the controller 210 to stop the motor. When the controller receives an external control command, the controller drives the servo motor 300 in a PID control manner to lift the slide shaft 120.

본 발명에서는 다수개로 구성되는 리니어 엑츄에이팅 장치(10)들을 485통신을 이용하여 중앙집중 제어방식으로 연동제어하며 중앙제어장치를 통하여 각 스테이션의 리니어 엑츄에이팅 장치(10)의 위치정보를 실시간으로 수집하여 제어목표를 실현하게 된다. In the present invention, a plurality of linear actuating devices 10 are synchronously controlled by a centralized control method using 485 communication, and the positional information of the linear actuating device 10 of each station is real-time through the central control device. The control goal is realized by collecting it.

본 발명에 의하면 외부의 중앙제어장치(미도시)에 의하여 1:N 방식을 통하여 최대 24개까지의 직동 서보모터를 제어할 수 있게 되므로 농약살포나 항공 촬영용 무인 항공기의 날개각도 및 자세제어, 로봇관절의 제어 및 기타 산업용 자동화기기의 정밀한 제어에 적용이 가능하다.
According to the present invention, since it is possible to control up to 24 linear servomotors via 1: N method by an external central controller (not shown), wing angle and attitude control of an unmanned aerial vehicle for pesticide spraying or aerial photography, and robots. It can be applied to precise control of joint control and other industrial automation equipment.

본 발명은 제어기가 리니어 엑츄에이터에 일체로 구성되는 리니어 엑츄에이팅 장치에 관한 것으로서 장치의 응답성이 높고 정밀한 제어가 가능하므로 무인 항공기, 로봇의 관절 및 기타 산업용 자동화기기에 폭 넓게 적용할 수 있을 것이다.
The present invention relates to a linear actuating device in which the controller is integrally formed with the linear actuator, and thus the device is highly responsive and precisely controllable, so that the controller can be widely applied to an unmanned aerial vehicle, a joint of a robot, and other industrial automation devices. .

10: 리니어 엑츄에이팅 장치 11: 베이스 프레임
12: 하부 커버 12a: 하부 고정 브라켓
100: 리니어 엑츄에이터 101: 엑츄에이터 본체
101a: 레일 101b: 개방창
102: 피동기어 110: 볼스크류
110a: 스크류부 110b: 축부
111: 볼스크류 너트 120: 슬라이드 샤프트
121: 샤프트부 122: 결합부
130: 로드 엔드 141: 슬라이드 가이드
141a: 몸체 141b: 가이드 돌기
141c: 가이드 홈 142a,142b: 스러스트 베어링
143a,143b: 볼베어링 151a,151b: 고무댐퍼
152: 부쉬 153: 리테이너
161: 센서도그 200: 서보 제어기
210: 제어기 211: 제1포토인터럽터
212: 제2포토인터럽터 220: 제어기 커버
300: 서보모터 301: 모터 하우징
302: 구동기어 310: 아이들 기어 10: Linear Actuating Device 11: Base Frame
12: lower cover 12a: lower fixing bracket
100: linear actuator 101: actuator body
101a: rail 101b: open window
102: driven gear 110: ball screw
110a: screw portion 110b: shaft portion
111: Ball screw nut 120: Slide shaft
121: shaft portion 122: coupling portion
130: rod end 141: slide guide
141a: body 141b: guide protrusion
141c: guide groove 142a, 142b: thrust bearing
143a and 143b: ball bearings 151a and 151b: rubber dampers
152: bush 153: retainer
161: sensor dog 200: servo controller
210: controller 211: first photo interrupter
212: second photo interrupter 220: controller cover
300: servomotor 301: motor housing
302: drive gear 310: idle gear

Claims (4)

모터의 회전운동을 슬라이드 샤프트의 직선운동으로 전환하여 구동하기 위한 리니어 엑츄에이팅 장치에 관한 것으로서,
내부에 중공부가 형성되고 중공부 내측 벽에 상하 길이 방향으로 레일(101a)이 형성되며, 측벽의 일부에 개방창(101b)이 상하 길이 방향으로 형성되는 엑츄에이터 본체(101); 상기 엑츄에이터 본체의 내부에 회전 가능하게 지지가 되는 것으로서 외주면에 나사산이 형성되는 스크류부(110a)와 상기 스크류부의 하단에 일체로 형성되며 외주면에 나사산이 없는 축부(110b)로 이루어지는 볼스크류(110); 상기 볼스크류의 스크류부의 외경에 나사 결합하여 상하로 나선 이동하는 볼스크류 너트(111); 상기 볼스크류의 스크류부의 외경측에 결합하는 중공 관체로서 하단부가 상기 볼스크류 너트에 결합하는 슬라이드 샤프트(120); 및 상기 슬라이드 샤프트의 외경에 결합하는 몸체(141a)와 상기 몸체의 외주면에 형성되는 것으로서 상기 레일에 결합하기 위한 가이드 홈(141c)을 가지는 가이드 돌기(141b)로 이루어지는 슬라이드 가이드(141);를 포함하여 이루어지는 리니어 엑츄에이터(100)와,
상기 볼스크류(110)에 회전력을 제공하기 위한 서보모터(300) 및 이에 연결되는 엔코더와,
상기 엑츄에이터 본체(101)의 개방창(101b)에 결합하는 것으로서 외부의 제어명령을 수신하는 485통신모듈, 상기 서보모터를 구동하기 위한 모터 드라이버, 상기 모터 드라이버를 제어하는 콘트롤러를 포함하는 제어기(210) 및 상기 제어기의 외부를 덮어 엑츄에이터 본체에 고정하는 제어기 커버(220)를 포함하여 이루어지는 서보 제어기(200)
로 구성되는 것을 특징으로 하는 리니어 엑츄에이팅 장치. As a linear actuating device for driving by converting the rotational motion of the motor to the linear motion of the slide shaft,
An actuator body 101 having a hollow part formed therein and a rail 101a formed in a vertical direction of the inner wall of the hollow part, and an opening window 101b formed in a vertical part of the side wall; The ball screw 110, which is rotatably supported inside the actuator body, is formed integrally with a screw portion 110a having a screw thread formed on an outer circumferential surface thereof, and a shaft portion 110b without a screw thread formed on the outer circumferential surface thereof. ; A ball screw nut 111 that is screwed to the outer diameter of the screw portion of the ball screw and spirally moves up and down; A slide shaft 120 having a lower end coupled to the ball screw nut as a hollow tube coupled to an outer diameter side of the screw portion of the ball screw; And a slide guide 141 formed on a body 141a coupled to the outer diameter of the slide shaft and a guide protrusion 141b having a guide groove 141c for coupling to the rail. A linear actuator 100 formed by
Servo motor 300 for providing a rotational force to the ball screw 110 and the encoder connected thereto,
A controller 210 that is coupled to the open window 101b of the actuator body 101 and includes a 485 communication module for receiving an external control command, a motor driver for driving the servomotor, and a controller for controlling the motor driver. And a controller cover 220 covering the outside of the controller and fixing the actuator to the actuator body.
Linear actuating device, characterized in that consisting of. 제1항에 있어서,
상기 개방창(101b)에 결합하는 제어기(210)의 중앙부에는 제1포토인터럽터(211)가 장착되고, 상단에는 제2포토인터럽터(212)가 장착되며, 상기 슬라이드 샤프트(120)에는 센서도그(161)가 장착되도록 함으로써 센서도그의 상하 위치정보를 제1 및 제2포토인터럽터가 감지할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 리니어 엑츄에이팅 장치. The method of claim 1,
A first photointerrupter 211 is mounted at a central portion of the controller 210 coupled to the opening window 101b, a second photointerrupter 212 is mounted at an upper end thereof, and a sensor dog (2) is mounted at the slide shaft 120. 161) is mounted so that the first and second photointerrupter can sense the upper and lower position information of the sensor dog. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 리니어 엑츄에이터(100)와 상기 서보모터(300)는 한 개의 베이스 프레임(11) 상에 고정 부착되고, 상기 베이스 프레임의 내부로 연장되는 서보모터축과 볼스크류의 축부(110b)에는 각각 구동기어(302)와 피동기어(102)가 결합하여 아이들 기어(310)를 매개로 동력연결되는 것을 특징으로 하는 리니어 엑츄에이팅 장치. The method according to claim 1 or 2,
The linear actuator 100 and the servomotor 300 are fixedly attached to one base frame 11, and drive gears are respectively provided on the servo motor shaft and the ball screw shaft 110b extending into the base frame. 302 and the driven gear 102 is coupled to the linear actuating device, characterized in that the power is connected via the idle gear 310. 제3항에 있어서,
상기 베이스 프레임의 하방에는 하부 고정 브라켓(12a)이 형성되는 하부 커버(12)가 결합하는 것을 특징으로 하는 리니어 엑츄에이팅 장치. The method of claim 3,
A linear actuating device, characterized in that the lower cover 12 is coupled to the lower side of the base frame is formed with a lower fixing bracket (12a).
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