KR101261986B1

KR101261986B1 - 듀얼 모드 줄꼬임 액츄에이터

Info

Publication number: KR101261986B1
Application number: KR1020110030664A
Authority: KR
Inventors: 김경수; 김수현; 신영준
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2011-04-04
Filing date: 2011-04-04
Publication date: 2013-05-08
Also published as: KR20120113006A

Abstract

본 발명에 의한 듀얼 모드 줄꼬임 액츄에이터는, 회전하는 출력축을 포함하는 구동 수단과, 상기 구동 수단의 출력축에 장착되어 출력축의 회전에 따라 회전하며 샤프트를 포함하는 제1 커플러와, 상기 샤프트가 헛돌도록 연결되는 샤프트 수용부와, 적어도 두 개의 줄 수용부를 포함하는 제2 커플러와, 상기 제2 커플러를 소정의 범위에서 회전 제한하고 상기 소정의 범위 이외에서 회전 가능하게 하는 회전 제한 부재와, 이동자와, 일단부가 상기 제1 커플러의 회전력을 전달받는 위치에 부착되고, 상기 제2 커플러의 줄 수용부를 지나도록 연장하여 상기 이동자에 타단부가 고정되는 적어도 두 개의 줄을 포함한다.

Description

듀얼 모드 줄꼬임 액츄에이터{Dual-Mode Twisted String Actuator}

본 발명은 줄꼬임 액츄에이터에 관한 것으로서 좀 더 자세하게는 이중 모드로 줄꼬임 구동을 할 수 있는 듀얼 모드 줄꼬임 액츄에이터에 관한 것이다.

사람 손과 같이 정교하고 예민한 동작을 로봇 손으로 구현하기 위해서는 높은 자유도(Degree of Freedom; DOF)가 필요한데, 높은 자유도를 구현하려면 많은 수의 액츄에이터가 필요하다. 그러나 크기 제한 때문에 보통 소형 액츄에이터를 사용하게 되는데 이러한 소형 액츄에이터의 출력은 낮기 마련이었다.

최근에는 이러한 문제를 해결하기 위한 많은 노력이 있었다.

형상 기억 합금 와이어 등의 인공 근육 액츄에이터 또는 공압 액츄에이터를 이용한 로봇 손도 제안된 바 있는데, 이러한 형태의 로봇 손은 가볍거나 크기가 작은 장점은 있지만, 공압 액츄에이터의 경우 큰 압력을 발생시키기 위해서 큰 압축기가 필요한 단점이 있고 형상 기억 합금 와이어를 이용한 액츄에이터의 경우에는 반응 속도가 너무 느린 단점이 있었다.

그밖에도 로봇 손의 성능을 향상시키기 위한 많은 노력이 있었지만 종래의 로봇 손의 무게는 여전히 큰 무게에서 자유롭지 못한 단점이 있었다.

이와 같은 액츄에이터의 제한적인 성능 특히 크기나 무게에 대한 낮은 출력으로 인해 로봇 손의 모든 요구 조건을 만족시키기는 매우 어려웠다.

액츄에이터의 개수보다 높은 자유도(DOF)가 가능한 비구동관절 메카니즘(under-actuated mechanism)의 경우 로봇 손의 크기와 무게를 줄이면서도 높은 파지력(grasping force)의 구현이 가능하지만 정교함이 떨어지는 문제가 있다. 동력 전달 메카니즘(power transmission mechanism)은 큰 구동력이나 높은 반응속도를 구현할 수는 있지만 크기가 커지고 하나의 자유도 운동에 대해서 두 개의 액츄에이터가 필요한 단점이 있다.

줄꼬임 구동 원리를 이용한 액츄에이터가 제안된 바 있는데, 이 액츄에이터는 매우 높은 구동력(actuating force)을 구현할 수는 있지만 구동력이 증가할 수록 줄의 구동 속도는 저하되는 단점이 있었다.

본 발명은 줄꼬임 구동 원리를 이용하는 액츄에이터에 있어서 높은 구동력을 가지면서도 빠른 속도를 가지는 줄꼬임 액츄에이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 적어도 두 개의 줄은 상기 제1 커플러와 상기 제2 커플러 사이에서 상기 샤프트의 표면을 따라 서로에 대해 평행하게 정렬되어 있는 것이 바람직하다.

상기 제1 커플러와 상기 제2 커플러의 회전축은 상기 샤프트이며, 상기 적어도 두 개의 줄 수용부는 상기 샤프트 수용부의 방사 방향 외측에 배치될 수 있다.

상기 회전 제한 부재는 상기 제2 커플러의 외측에 접촉하는 브레이크 슈(brake shoe)와 상기 브레이크 슈에 탄성력을 제공하는 탄성 부재를 포함하는 구조를 취할 수 있다. 또는 전자기 클러치로 회전 제한 부재를 구성할 수 있다.

상기 샤프트는 샤프트 수용부에 헛돌도록 연결되는 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 듀얼 모드 줄꼬임 액츄에이터를 이용하는 로봇 손은, 액츄에이터와, 제1 링크와, 상기 제1 링크와 적어도 한 개의 조인트에 의해서 회전 가능하게 연결되며 상기 액츄에이터에 의해 제어되는 피제어 링크를 포함한다.

상기 액츄에이터는, 회전하는 출력축을 포함하는 구동 수단과, 상기 구동 수단의 출력축에 장착되어 출력축의 회전에 따라 회전하며 샤프트를 포함하는 제1 커플러와, 상기 샤프트가 연결되는 샤프트 수용부와, 적어도 두 개의 줄 수용부를 포함하는 제2 커플러와, 상기 제2 커플러를 소정의 범위에서 회전 제한하고 상기 소정의 범위 이외에서는 회전 가능하게 하는 회전 제한 부재를 포함한다.

그리고 상기 로봇 손은, 일단부가 상기 제1 커플러의 회전력을 전달받도록 부착되고, 상기 제2 커플러의 줄 수용부를 지나도록 연장하여 상기 피제어 링크에 타단부가 고정되는 적어도 두 개의 줄을 포함한다.

상기 적어도 두 개의 줄의 위치를 유지시키는 줄 위치부를 더 포함할 수 있으며, 이 줄 위치부는 줄의 꼬임을 방해하지는 않도록 제공되어야 한다.

본 발명의 다른 형태에 의한 듀얼 모드 줄꼬임 액츄에이터는 다단 속도 제어가 가능하도록 제공되는데 이 액츄에이터는, 회전하는 출력축을 포함하는 구동 수단과, 상기 구동 수단의 출력축에 장착되어 출력축의 회전에 따라 회전하며 제1 샤프트를 포함하는 제1 커플러와, 상기 제1 샤프트가 연결되는 제1 샤프트 수용부와, 적어도 두 개의 제1 줄 수용부와, 제2 샤프트를 포함하는 제2 커플러와, 상기 제2 샤프트가 연결되는 제2 샤프트 수용부와, 적어도 두 개의 제2 줄 수용부를 포함하는 제3 커플러와, 상기 제2 커플러에 대해 소정의 제1 범위에서 회전을 제한하고 상기 소정의 제1 범위 이외에서는 회전이 가능하게 하는 제1 회전 제한 부재와, 상기 제3 커플러에 대해 소정의 제2 범위에서 회전을 제한하고 상기 소정의 제2 범위 이외에서는 회전이 가능하게 하는 제2 회전 제한 부재와, 이동자와, 일단부가 상기 제1 커플러의 회전력을 전달받는 위치에 부착되고 상기 제1 줄 수용부와 제2 줄 수용부를 지나도록 연장하여 상기 이동자에 타단부가 고정되는 적어도 두 개의 줄을 포함한다.

상기 제2 커플러가 복수 개 제공되어 더 많은 속도 제어 단이 가능하게 할 수 있다.

상기 제1 줄 수용부와 상기 제2 줄 수용부는 동축으로 형성되는 관통공인 것이 바람직하다.

상기 복수 개의 제2 샤프트의 지름이 서로 상이하도록 구성할 수 있다.

상기 제1 샤프트는 상기 제1 샤프트 수용부에 헛돌도록 연결되며, 상기 제2 샤프트는 상기 제2 샤프트 수용부에 헛돌도록 연결되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 샤프트와 상기 제2 샤프트는 동축으로 제공되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 제1 회전 제한 부재와 제2 회전 제한 부재는 마찰 부재 또는 전자기 클러치로 구성할 수 있다.

본 발명에 의하면 빠른 속도로 구동하여 제어할 수 있는 제1 모드와 강력한 힘을 인가할 수 있는 제2 모드를 이용하여 하나의 액츄에이터로 빠른 응답 속도와 큰 힘을 요구하는 액츄에이터를 제공하는 효과가 제공된다.

도 1은 본 발명에 의한 듀얼 모드 줄꼬임 액츄에이터의 사시도.
도 2는 본 발명에 의한 듀얼 모드 줄꼬임 액츄에이터의 비작동 상태를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 듀얼 모드 줄꼬임 액츄에이터의 제1 모드 작동 상태를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 듀얼 모드 줄꼬임 액츄에이터의 제2 모드 작동 상태를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 제1 모드 해석을 위한 그림.
도 6은 본 발명의 제2 모드 해석을 위한 그림.
도 7은 R/r 변화에 따른 제1 모드와 제2 모드의 속도 비율의 변화를 표시한 그래프.
도 8은 R/r 변화에 따른 제1 모드와 제2 모드의 힘 비율의 변화를 표시한 그래프.
도 9는 본 발명에 의한 듀얼 모드 줄꼬임 액츄에이터를 이용한 로봇 손의 비작동 상태를 도시한 도면.
도 10은 도 5의 로봇 손이 제1 모드로 작동하는 상태를 도시한 도면.
도 11은 도 5의 로봇 손이 제2 모드로 작동하는 상태를 도시한 도면.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 의한 듀얼 모드 줄꼬임 액츄에이터의 도면.
도 13 및 도 14는 다른 실시예에 의한 샤프트 수용부와 줄 수용부의 배열을 도시한 도면.

이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 양호한 실시예에 대해서 설명하기로 한다.

도 1에는 본 발명에 의한 듀얼 모드 줄꼬임 액츄에이터의 사시도가 도시되어 있고, 도 2에는 듀얼 모드 줄꼬임 액츄에이터의 비작동 상태의 측면도가 도시되어 있다. 도 1과 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 듀얼 모드 줄꼬임 액츄에이터는, 회전하는 출력축(1)을 포함하는 구동 수단(2)과, 제1 커플러(10)와, 제2 커플러(20)와, 회전 제한 부재(30)와, 이동자(40)와, 적어도 두 개의 줄(100)을 포함한다. 구동 수단(2)은 모터가 될 수 있다.

제1 커플러(10)는 구동 수단(2)의 출력축(1)에 장착되어 출력축(1)의 회전에 따라 회전하며, 샤프트(15)를 포함한다.

제2 커플러(20)는 샤프트(15)를 수용하는 샤프트 수용부(21)와, 적어도 두 개의 줄 수용부(22)를 포함한다. 샤프트(15)는 샤프트 수용부(21)에 헛돌도록 수용되는 것이 바람직하다. 제2 커플러(20)가 샤프트(15)에 의해 회전하는 것은 아니더라도, 제2 커플러(20)가 후술하는 바와 같이 회전할 때의 회전축은 샤프트(15)와 동축인 것이 바람직하다. 도 1에 도시된 바와 같이, 줄 수용부(22)는 제2 커플러(20)를 관통하는 관통공의 형태로 제공되는 것이 바람직하며, 샤프트 수용부(21)에 대해서 방사 방향(radial direction)으로 외측에서 제2 커플러(20)에 형성되는 것이 바람직하다. 샤프트 수용부(21)와 줄 수용부(22)의 다른 배치예는 도 13에 도시되어 있다.

도 14에 도시된 바와 같이 줄 수용부(22)는 샤프트 수용부(21)와 일체로 형성되고 그 일체로 형성된 수용부(23)에 샤프트(15)와 줄(100)이 함께 수용되도록 할 수도 있다. 이 경우 줄(100)은 샤프트(15)의 방사 방향 외측에 배치된다. 본 명세서에서 적어도 두 개의 줄 수용부(22)라 함은, 적어도 두 개의 줄을 각각 수용하는 별개로 형성된 수용부 뿐만 아니라 적어도 두 개의 줄을 함께 수용하는 하나의 수용부도 의미하는 것으로 정의된다.

회전 제한 부재(30)는 제2 커플러(20)의 회전을 소정의 범위에서 제한하기 위한 부재로서 소정의 마찰력을 제2 커플러(20)에 인가하는 마찰 부재로 구성할 수도 있고, 특정 상태를 기준으로 회전 가능 상태와 회전 불가 상태 사이에서 전환이 가능한 전자기 클러치(EM Clutch)로 구성할 수도 있다. 마찰 부재로 구성하면, 제2 커플러(20)에 접촉하는 브레이크 슈(31)와, 브레이크 슈(31)에 탄성을 제공하는 탄성 부재(33)를 포함한다. 탄성 부재(33)에는 스프링을 사용할 수 있다. 본 명세서에서는 설명의 간편함을 위해 마찰 부재로 구성한 경우에 대해서 설명한다.

전자기 클러치로 회전 제한 부재를 구성하면, 마찰에 의한 손실을 저감할 수 있는 장점이 있다. 본 명세서에서는 "회전 제한 부재"가 마찰 부재와 전자기 클러치를 모두 포함하며, 소정의 범위에서 커플러의 회전을 제한하고, 그 범위 이외에서는 커플러의 회전이 가능하게 할 수 있는 모든 형태의 기계 구조를 다 포함하는 것으로 정의된다. 상기 "소정의 범위"라 함은 후술하는 "제1 모드"를 의미한다.

적어도 두 개의 줄(100)은, 일단부(110)가 제1 커플러(10)의 회전력을 전달받는 위치에 부착되고, 줄 수용부(22)를 지나도록 연장하여 이동자(40)에 줄(100)의 타단부(120)가 고정된다. 줄(100)은 설계 사양에 따라 두 개 보다 많은 개수로 제공될 수도 있다. 줄(100)은, 제1 커플러(10)에 부착되는 일단부로부터 제2 커플러(20)로 진입하기 전까지의 제1 부분(101)과, 제2 커플러(20)의 줄 수용부(22)에 수용되어 있는 제2 부분(102)과, 제2 커플러(103)에서 나와 이동자(40)까지의 제3 부분(103)으로 구성된다.

다음으로 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 작동에 대해서 설명한다.

도 2의 비작동 상태에서 구동 수단(2)이 작동하면 출력축(1)이 그에 따라 회전하고 제1 커플러(10)가 함께 회전한다. 제1 커플러(10)가 회전하면 줄(100)의 제1 부분(101)이 도 3에 도시된 바와 같이 제1 커플러(10)와 제2 커플러(20) 사이에서 샤프트(15)에 감기면서 꼬이게 된다. 제1 커플러(10)가 회전하더라도 제2 커플러(20)의 토크가 회전 제한 부재(30)가 제2 커플러(20)에 인가하는 마찰력을 극복하기 전까지 제2 커플러(20)는 회전하지 않는다. 제2 커플러(20)에 인가되는 마찰력은 스프링과 같은 탄성 부재(33)의 압축 정도를 조정하여 조절할 수 있다. 제1 커플러(10)의 회전에 의해, 제1 커플러(10)와 제2 커플러(20) 사이에서 샤프트(15)에 줄이 꼬이면서 감기게 되어 이동자(40)는 도 4에 도시된 바와 같이 일정 거리만큼 이동하게 된다. 본 명세서에서는 작동 후 제2 커플러(20)가 회전하기 전까지의 모드를 "제1 모드"로 규정한다.

제1 모드를 유지하다가, 이동자(40)의 로드(load)가 증가하면 줄의 장력이 증가하고 제2 커플러(20)에 인가되는 토크도 증가하게 된다. 이동자(40)의 로드는 이동자(40)가 움직이는 방향의 반대 방향으로 외력을 가하거나 이동자(40)에 인가되는 마찰력 증가 등에 의해서 증가할 수 있다. 제2 커플러(20)에 인가되는 토크가 회전 제한 부재(30)에 의해 가해지는 마찰력을 극복하면 제2 커플러(20)가 회전하기 시작한다. 결과적으로 제2 커플러(20)와 이동자(40) 사이의 줄도 도 4에 도시된 바와 같이 꼬이게 되면서 이동자(40)를 추가적으로 이동시키게 된다. 이와 같이 제2 커플러(20)가 회전하면서 제2 커플러(20) 및 이동자(40) 사이의 줄이 꼬이면서 이동자(40)를 이동시키는 모드를 "제2 모드"라고 규정한다.

제1 모드는 이동자(40)의 빠른 이동을 위한 모드이며, 제2 모드는 큰 구동력(actuating force)을 위한 모드이다.

다음으로 본 발명에 의한 듀얼 모드 줄꼬임 액츄에이터의 수학적 해석을 시도한다.

도 5에는 제1 모드를 해석하기 위한 그림이, 도 6에는 제2 모드를 해석하기 위한 그림이 도시되어 있다.

제1 모드에서의 이동자 속도는 다음의 수학식에 의해서 결정된다.

그리고 제2 모드에서의 이동자 속도는 다음의 수학식에 의해서 결정된다.

θ_I과 θ_II는 각각 제1 모드와 제2 모드의 회전 각도를 의미한다. R과 r은 각각 샤프트(15)와 줄의 반지름이고, l_s는 샤프트(15)의 길이, l_I는제2 모드 이전에 제2 커플러(20)와 이동자(40) 사이의 거리를 의미한다.

2010년 IEEE/ASME Internatiohal Conference on Advanced Intelligent Mechatronics의 1215-1220 페이지에 실린 Thomas Wurtz외 5인저 "The Twisted String Actuation System: Modeling and Control"에 의하면 이동자(40)에 작용하는 힘은 다음과 같은 수학식에 의해 계산될 수 있다.

<제1 모드에서 이동자(40)에 작용하는 힘 F_I>

<제2 모드에서 이동자(40)에 작용하는 힘 F_II>

위 수학식에서 τ₁은 제1 커플러(10)의 토크이고, τ₂는 제2 커플러(20)의 토크이다. 그리고 α_I은 제1 모드에서의 나선 경사각이고, α_II는 제2 모드에서의 나선 경사각이다.

위 식들에 기초하여 각 모드에서의 속도와 힘의 비율 즉, 기계적 임피던스(mechanical impedance)를 구해 보면 다음과 같다.

<제1 모드에서의 기계적 임피던스>

<제2 모드에서의 기계적 임피던스>

제1 모드에서의 기계적 임피던스와 제2 모드에서의 기계적 임피던스의 비율을 구하면 R²/r²의 함수임을 확인할 수 있다. 결국, 샤프트(15)의 반지름과 줄의 반지름의 비율이 각 모드에서의 속도와 힘의 차이를 야기함을 확인할 수 있다.

제1 모드에서와 제2 모드에서 샤프트의 길이, 토크, 회전 각도가 동일하다고 가정하면, 각 모드에서의 이동자(40)에 가해지는 힘과 속도의 비율은 다음과 같다.

예를 들어, ls를 8 mm로 하고, θ를 20π로 하면, R/r의 비율에 따른 속도 비율과 힘의 비율이 도 7와 도 8의 그래프와 같이 나타난다. 이 그래프에서 알 수 있듯이 R/r이 커질수록 즉 샤프트(15)의 반지름과 줄(100)의 반지름의 비율이 커질수록 제1 모드에서 빠른 속도를, 제2 모드에서는 큰 힘을 얻을 수 있다.

그러나 이 R/r 값에는 상한값이 존재한다. 즉 이동자(40)의 부하가 제1 모드에서의 구동력보다 크면 본 발명에 의한 액츄에이터는 제2 모드로만 작동하기 때문에 제1 모드에서의 빠른 구동을 구현할 수 없게 되므로 제1 모드에서의 구동력이 이동자의 부하보다 크도록 R/r 값이 선정되어야 한다. 또한, 이동자(40)에 추가적인 외력이 있을 때에 제2 모드로 작동하도록 R/r 값이 선정되는 것이 바람직하다.

다음으로 도 9 내지 도 11을 참조하여 본 발명에 의한 듀얼 모드 줄꼬임 액츄에이터를 이용한 로봇 손에 대해서 설명한다. 도 9에는 초기 상태가, 도 10에는 제1 모드에 의한 작동이, 도 11에는 제2 모드에 의한 작동 상태가 도시되어 있다.

로봇 손은 베이스(50)와, 베이스(50)에 고정된 제1 링크(60)와, 제1 링크(60)에 대해 제1 조인트(201)에 의해 회전 가능하게 연결된 제2 링크(70)와, 제2 링크(70)에 대해 제2 조인트(202)에 의해 회전 가능하게 연결된 제3 링크(80)와, 제3 링크(80)에 대해 제3 조인트(203)에 의해 회전 가능하게 연결된 제4 링크(90)로 구성되어 있다. 설명의 편의상 세 개의 조인트에 의해 연결된 로봇 손에 대해서 설명하지만 링크의 개수나 조인트의 개수는 필요에 따라서 선택할 수 있다.

제1 링크(60)에는 액츄에이터가 제공되며, 이 액츄에이터는 전술한 구성의 듀얼 모드 줄꼬임 액츄에이터의 구성을 가진다. 액츄에이터는 제1 링크(60)에 제공되지 않고 적절한 다른 위치에 제공되어도 무방하다. 적어도 두 개의 줄의 일단부는 제1 커플러(10)의 회전력을 전달받도록 부착되며, 타단부는 피제어 링크인 제4 링크(90)에 고정부(95)에 고정된다. 피제어 링크가 반드시 제일 말단 링크일 필요는 없으며 필요에 따라서 중간에 위치하는 링크를 제어하도록 본 발명에 의한 액츄에이터가 제공될 수도 있다. 이 경우에는 적어도 두 개의 줄(100)의 타단부(120)는 피제어 링크에 고정되어야 한다. 한편, 제1 링크(60) 내지 제4 링크(90)에 걸쳐 적어도 두 개의 줄(100)의 위치를 유지시키는 줄 위치부(도시되지 않음)가 제공되는 편이 바람직하다. 그러나 이 줄 위치부는 줄의 꼬임을 방해하지는 않도록 제공되어야 한다.

모터(2)가 작동하여 제1 모드로 줄꼬임이 생기면 도 10과 같이 제1 모드로 액츄에이터가 작동하여 로봇 손을 B 방향으로 회전시키면서 피제어 링크인 제4 링크(90)를 빠른 속도로 원하는 위치로 제어한다. 다음으로 제4 링크(90)에 부하를 더 인가하여 줄(100)의 장력을 크게 함으로써 도 11와 같은 제2 모드로 작동하여 줄(100)의 제3 부분(103)이 꼬이게 한다. 그렇게 되면 전술한 바와 같이 제1 모드보다 월등하게 큰 힘으로 피제어 링크인 제4 링크(90)를 이동시키게 된다.

이처럼 본 발명의 듀얼 모드 줄꼬임 액츄에이터를 이용하여 로봇 손을 구현하면, 로봇 손가락을 빠른 속도로 원하는 위치로 제어한 다음에, 큰 힘으로 제어할 수 있기 때문에 빠른 응답 속도와 높은 파지력을 요구하는 로봇 손(가락)의 요구 조건을 하나의 장치로 완벽하게 만족시킬 수 있는 효과가 있다.

한편, 본 발명의 확장된 실시예로서 듀얼 모드 다단 줄꼬임 액츄에이터가 제공될 수도 있다. 예를 들어 도 12와 같이 제2 커플러(20) 하류측에 제3 커플러(20-1)를 배치할 수 있는데, 제2 커플러(20)는 제1 회전 제한 부재(30)에 의해, 이 제3 커플러(20-1)는 제2 회전 제한 부재(30-1)에 의해 마찰력이 인가되거나 회전이 제한된다. 제2 커플러(20)에는 하류측으로 제2 샤프트(25)가 제공되며, 이 제2 샤프트(25)는 제3 커플러(20-1)의 제2 샤프트 수용부(21-1)에 연결된다. 제1 샤프트(15)는 전술한 실시예와 같이 제2 커플러(20)의 제1 샤프트 수용부(21)에 연결된다. 제1 샤프트(15)와 제2 샤프트(25)는 각각 제1 샤프트 수용부(21)와 제2 샤프트 수용부(21-1)에 헛돌도록 연결되는 것이 바람직하며, 서로 동축으로 제공되는 것이 바람직하다.

제2 커플러(20)와 제3 커플러(20-1)에는 또한 적어도 두 개의 줄 수용부(22, 22-1)가 제공되는데, 이 줄 수용부는 서로 동축으로 제공되는 관통공인 것이 바람직하다.

제1 샤프트(15)의 지름과 제2 샤프트(25)의 지름을 다르게 설정하거나 제1 회전 제한 부재(30)와 제2 회전 제한 부재(30-1)의 마찰력이나 전자기 클러치 전환 기준을 다르게 설정하면 전술한 실시예보다 한 개 단(stage) 더 속도 조절이 가능하다. 이 다단 액츄에이터에서는 제2 커플러(20)의 개수를 복수 개 제공할 수도 있으며, 샤프트와 회전 제한 부재의 마찰력 내지 전자기 클러치 전환 기준 조정을 통해서 더 많은 단으로 속도 제어가 가능하게 할 수도 있다.

이상 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 양호한 실시예에 대해서 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되며 전술한 실시예 및/또는 도면에 제한되는 것으로 해석되어서는 아니된다. 그리고 특허청구범위에 기재된 발명의, 당업자에게 자명한 개량, 변경 및/또는 수정도 본 발명의 범위에 포함됨이 명백하게 이해되어야 한다.

1: 출력축
2: 모터(구동 수단)
10: 제1 커플러
15: 샤프트(제1 샤프트)
20: 제2 커플러
21: 샤프트 수용부(제1 샤프트 수용부)
22: 줄 수용부
30: 회전 제한 부재
40: 이동자
100: 줄

Claims

회전하는 출력축을 포함하는 구동 수단과,
상기 구동 수단의 출력축에 장착되어 출력축의 회전에 따라 회전하며 샤프트를 포함하는 제1 커플러와,
상기 샤프트가 헛돌도록 연결되는 샤프트 수용부와, 적어도 두 개의 줄 수용부를 포함하는 제2 커플러와,
상기 제2 커플러를 소정의 범위에서 회전 제한하고 상기 소정의 범위 이외에서 회전 가능하게 하는 회전 제한 부재와,
이동자와,
일단부가 상기 제1 커플러의 회전력을 전달받는 위치에 부착되고, 상기 제2 커플러의 줄 수용부를 지나도록 연장하여 상기 이동자에 타단부가 고정되는 적어도 두 개의 줄을 포함하는,
듀얼 모드 줄꼬임 액츄에이터.
청구항 1에 있어서,
상기 적어도 두 개의 줄은 상기 제1 커플러와 상기 제2 커플러 사이에서 상기 샤프트의 표면을 따라 서로에 대해 평행하게 정렬되어 있는,
듀얼 모드 줄꼬임 액츄에이터.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 제1 커플러와 상기 제2 커플러의 회전축은 상기 샤프트이며,
상기 적어도 두 개의 줄 수용부는 상기 샤프트 수용부의 방사 방향 외측에 배치되는,
듀얼 모드 줄꼬임 액츄에이터.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 회전 제한 부재는 상기 제2 커플러의 외측에 접촉하는 브레이크 슈(brake shoe)와 상기 브레이크 슈에 탄성력을 제공하는 탄성 부재를 포함하는 마찰 부재인,
듀얼 모드 줄꼬임 액츄에이터.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 회전 제한 부재는 전자기 클러치인,
듀얼 모드 줄꼬임 액츄에이터.
액츄에이터와,
제1 링크와,
상기 제1 링크와 적어도 한 개의 조인트에 의해서 회전 가능하게 연결되며 상기 액츄에이터에 의해 제어되는 피제어 링크를 포함하는 로봇 손에 있어서,
상기 액츄에이터는,
회전하는 출력축을 포함하는 구동 수단과,
상기 구동 수단의 출력축에 장착되어 출력축의 회전에 따라 회전하며 샤프트를 포함하는 제1 커플러와,
상기 샤프트가 연결되는 샤프트 수용부와, 적어도 두 개의 줄 수용부를 포함하는 제2 커플러와,
상기 제2 커플러를 소정의 범위에서 회전 제한하고 상기 소정의 범위 이외에서는 회전 가능하게 하는 회전 제한 부재를 포함하며,
상기 로봇 손은, 일단부가 상기 제1 커플러의 회전력을 전달받도록 부착되고, 상기 제2 커플러의 줄 수용부를 지나도록 연장하여 상기 피제어 링크에 타단부가 고정되는 적어도 두 개의 줄을 포함하는,
듀얼 모드 줄꼬임 제어 로봇 손.
청구항 6에 있어서,
상기 적어도 두 개의 줄의 위치를 유지시키며 적어도 두 개의 줄의 꼬임을 방해하지 않도록 배치되는 줄 위치부를 더 포함하는,
듀얼 모드 줄꼬임 제어 로봇 손.
회전하는 출력축을 포함하는 구동 수단과,
상기 구동 수단의 출력축에 장착되어 출력축의 회전에 따라 회전하며 제1 샤프트를 포함하는 제1 커플러와,
상기 제1 샤프트가 연결되는 제1 샤프트 수용부와, 적어도 두 개의 제1 줄 수용부와, 제2 샤프트를 포함하는 제2 커플러와,
상기 제2 샤프트가 연결되는 제2 샤프트 수용부와, 적어도 두 개의 제2 줄 수용부를 포함하는 제3 커플러와,
상기 제2 커플러에 대해 소정의 제1 범위에서 회전을 제한하고 상기 소정의 제1 범위 이외에서는 회전이 가능하게 하는 제1 회전 제한 부재와,
상기 제3 커플러에 대해 소정의 제2 범위에서 회전을 제한하고 상기 소정의 제2 범위 이외에서는 회전이 가능하게 하는 제2 회전 제한 부재와,
이동자와,
일단부가 상기 제1 커플러의 회전력을 전달받는 위치에 부착되고, 상기 제1 줄 수용부와 제2 줄 수용부를 지나도록 연장하여 상기 이동자에 타단부가 고정되는 적어도 두 개의 줄을 포함하는,
듀얼 모드 다단 줄꼬임 액츄에이터.
청구항 8에 있어서,
상기 제2 커플러가 복수 개 제공되는,
듀얼 모드 다단 줄꼬임 액츄에이터.
청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
상기 제1 줄 수용부와 상기 제2 줄 수용부는 동축으로 형성되는 관통공인,
듀얼 모드 다단 줄꼬임 액츄에이터.
청구항 9에 있어서,
상기 복수 개의 제2 샤프트의 지름이 서로 상이한,
듀얼 모드 다단 줄꼬임 액츄에이터.
청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
상기 제1 회전 제한 부재와 상기 제2 회전 제한 부재는 마찰 부재 또는 전자기 클러치인,
듀얼 모드 다단 줄꼬임 액츄에이터.
청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
상기 제1 샤프트와 상기 제2 샤프트는 동축으로 제공되는,
듀얼 모드 다단 줄꼬임 액츄에이터.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 샤프트 수용부와 적어도 두 개의 줄 수용부는 일체로 형성되며,
상기 샤프트의 방사 방향 외측에 상기 적어도 두 개의 줄이 배치되는,
듀얼 모드 줄꼬임 액츄에이터.