KR101478447B1 - 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치 - Google Patents

가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 하우징; 상기 하우징에 회동 가능하게 장착되는 출력 유니트; 일측은 상기 출력 유니트에 그리고 타측은 상기 하우징에 장착되어 상기 출력 유니트의 회전 가동 및 회전 상태 조정 가능한 어져스트 유니트;를 구비하고, 상기 어져스트 유니트는: 상기 출력 유니트에 배치되는 어져스트 위치강성부와, 상기 하우징에 장착되고 상기 어져스트 위치강성부와의 접촉 위치 변화 가능한 어져스트 모멘트부와, 상기 어져스트 모멘트부에 구동력을 생성 전달하는 어져스트 구동 전달부를 구비하는 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치를 제공한다.

Description

가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치{CONTROLLABLE ROTATIONAL STIFFNESS ACTUATOR USING VARIATING MOMENT ARM}
본 발명은 가변강성 액츄에이터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 관절의 강성을 조절하면서, 동시에 관절의 회전위치를 제어할 수 있는 구조의 위치/강성 조절 액츄에이터와 이를 구비하는 장치 및 제어 방법에 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.
이러한 기계적 장치들은 통상 산업 설비 뿐만 아니라 일상 생활까지 활용범위를 넓혀가고 있고 이에 따라 안전성 확보 및 작동성 향상은 로봇 등의 장치를 설계함에 있어 가장 중요한 목표 중의 하나이고, 이를 위하여 관절 강성의 조절은 중요한 설계 요소로 작용한다.
로봇 관절의 강성을 조절하는 방법은 크게 두 가지로 나누어 볼 수 있다. 첫 째는 능동적인 제어 방식이다. 이는 높은 강성을 갖는 로봇 팔에 힘/토크 센서와 같은 능동적인 요소를 말단부 또는 각 관절에 부착하고, 이들 센서로부터 출력되는 신호를 이용하여 개별 관절의 토크를 조절함으로써, 관절의 강성을 조절하는 효과를 구현 할 수 있으나, 이 방법은 강성을 조절하기 위한 알고리즘이 복잡하고, 안정성의 문제로 인하여 로봇의 강성을 매우 낮거나 또는 매우 높게 설정 하기 어렵다는 단점이 있다. 뿐만 아니라, 이 방식은 센서의 가격이 고가이므로, 로봇을 상용화에도 상당한 제약이 따른다.
두번째 방식은 첫번째와 달리 직접 가변 강성 장치를 로봇 관절에 삽입함으로써 로봇 팔의 강성을 상황에 맞게 조절할 수 있는 방법이다. 하지만, 이 방식은 로봇의 부피를 증대시키고, 강성 조절을 민첩하게 하는데 한계가 있다. 이와 같은 문제점들을 해결하기 위하여, 최근에는 2개의 소형 액츄에이터를 사용함으로써 하나의 관절에서 위치와 강성을 동시에 제어할 수 있는 작은 크기의 다양한 가변강성 장치들이 개발되고 있다.
KR 10-0760846 B
본 발명의 목적은 상기 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 위치와 강성을 독립적으로 내지 동시에 제어할 수 있는 가변강성장치를 제공하는 것으로, 가변강성 장치의 크기를 최소화시켜 컴팩트한 장착을 가능하게 함으로써, 관절 장착을 용이하게 하여 개발된 장치의 서비스 로봇에 대한 적용성이 극대화 되도록 한다. 또한, 이를 통하여 다양한 환경조건에서 작업이 요구되는 서비스 로봇 팔에 쉽게 강성 조절 기능을 부여함으로써, 로봇 팔의 성능을 극대화 시킬 수 있는 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 하우징; 상기 하우징에 회동 가능하게 장착되는 출력 유니트; 일측은 상기 출력 유니트에 그리고 타측은 상기 하우징에 장착되어 상기 출력 유니트의 회전 가동 및 회전 상태 조정 가능한 어져스트 유니트;를 구비하고, 상기 어져스트 유니트는: 상기 출력 유니트에 배치되는 어져스트 위치강성부와, 상기 하우징에 장착되고 상기 어져스트 위치강성부와의 접촉 위치 변화 가능한 어져스트 모멘트부와, 상기 어져스트 모멘트부에 구동력을 생성 전달하는 어져스트 구동 전달부를 구비하는 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치를 제공한다.
상기 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치에 있어서, 상기 어져스트 위치강성부는 와이어 타입일 수도 있다.
상기 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치에 있어서, 상기 와이어 타입의 어져스트 위치강성부는: 상기 출력 유니트의 상기 어져스트 모멘트부를 향한 일면에 배치되는 어져스트 와이어와, 상기 어져스트 와이어에 연결되어 상기 어져스트 와이어의 인장 상태 조정 가능한 어져스트 와이어 탄성체를 구비할수도 있다.
상기 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치에 있어서, 상기 출력 유니트의 상기 어져스트 모멘트부를 향한 일면에 배치되고 상기 어져스트 와이어와 접촉하여 상기 어져스트 와이어의 가동을 안내하는 어져스트 와이어 베어링을 구비할수도 있다.
상기 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치에 있어서, 상기 어져스트 위치강성부는 토션 스프링 타입일수도 있다.
상기 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치에 있어서, 상기 어져스트 모멘트부는: 일단이 상기 어져스트 위치강성부와 접촉 가능하고 상기 하우징에 가동 가능하게 장착되는 어져스트 모멘트 아암부와, 상기 하우징에 장착되어 일측은 상기 어져스트 구동 전달부와 접촉하여 구동력을 전달받고, 타측에서 상기 어져스트 모멘트 아암부와 접촉하여 상기 어져스트 구동 전달부로부터 전달된 구동력을 상기 어져스트 모멘트 아암부로 전달하는 어져스트 모멘트 아암 대응부를 구비할수도 있다.
상기 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치에 있어서, 상기 어져스트 모멘트 아암부는: 일측에서 상기 어져스트 모멘트 아암 대응부와 접촉하고, 타측에서 상기 어져스트 위치강성부와 접촉 가능한 어져스트 모멘트 아암과, 상기 어져스트 모멘트 아암과 연결되고 상기 어져스트 모멘트 아암을 상기 하우징에서 가동 가능하게 안내 지지하는 어져스트 모멘트 모션 가이드부를 포함할수도 있다.
상기 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치에 있어서, 상기 어져스트 모멘트 모션 가이드부는: 상기 하우징에 위치 고정되어 배치되는 어져스트 모멘트 모션 가이드 레일과, 일단에 상기 어져스트 모멘트 아암이 배치되고, 상기 어져스트 모멘트 모션 가이드 레일 상에서 직선 이동 가능하게 배치되는 어져스트 모멘트 모션 가이드 블록을 포함할수도 있다.
상기 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치에 있어서, 상기 어져스트 모멘트 아암 대응부는 상기 하우징에 어져스트 샤프트를 중심으로 회동하고 일측에서 상기 어져스트 구동 전달부와 접촉하고, 타측에 상기 어져스트 모멘트 아암부와 접촉 가능한 어져스트 모멘트 아암 대응 프로파일부가 형성될수도 있다.
상기 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치에 있어서, 상기 어져스트 모멘트 아암 대응부는 평행 배치되는 두 개의 원형 플레이트이고, 상기 어져스트 모멘트 아암 대응 프로파일부는 상기 어져스트 모멘트 아암 대응부의 관통구 형상일수도 있다.
상기 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치에 있어서, 상기 어져스트 모멘트 아암 대응부는 동일한 두 개의 원형 플레이트로 형성되되, 상기 두 개의 어져스트 모멘트 아암 대응부 중의 어느 하나가 뒤집혀 배치되어, 상기 어져스트 모멘트 아암 대응부의 회전 평면 상에서 볼 때 상기 어져스트 모멘트 아암 대응부의 상기 각각의 어져스트 모멘트 아암 대응 프로파일부는 180도 반전 상으로 배치될수도 있다.
상기 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치에 있어서, 상기 어져스트 모멘트 아암 대응부는 두 개의 원형 플레이트로 형성되되, 상기 어져스트 모멘트 아암 대응부의 회전 평면 상에서 볼 때 상기 어져스트 모멘트 아암 대응부의 상기 각각의 어져스트 모멘트 아암 대응 프로파일부는 상이할 수도 있다.
상기 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치에 있어서, 상기 어져스트 구동 전달부는: 상기 하우징에 배치되고 구동력을 생성하는 어져스트 구동부와, 일단은 상기 어져스트 구동부와 연결되고 타단은 상기 어져스트 모멘트 아암 대응부와 연결되어 상기 어져스트 구동부로부터 전달된 구동력을 상기 어져스트 모멘트 아암 대응부로 전달하는 어져스트 전달부를 구비할 수도 있다.
상기 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치에 있어서,
상기 어져스트 전달부는 상기 어져스트 구동부에 연결되는 어져스트 전달 워엄 기어와, 상기 어져스트 전달 워엄 기어와 치합되고 회전축을 중심으로 배치되는 어져스트 전달 샤프트와 연결되는 어져스트 전달 워엄 휠과, 상기 어져스트 전달 샤프트에 배치되는 어져스트 전달 샤프트 기어와, 상기 어져스트 전달 샤프트 기어와 치합되고 상기 어져스트 모멘트 아암 대응부의 외주 상에 형성되는 어져스트 전달 모멘트 아암 대응 기어를 구비할 수도 있다.
상기 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치에 있어서, 상기 어져스트 유니트는 상기 출력 유니트의 시계 방향 및 반시계 방향 회동가동 및 회동 상태 조정 가능하도록 한 쌍이 배치될 수도 있다.
상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치는 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 본 발명에 따른 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치는, 어져스트 유니트의 어져스트 모멘트 아암부 및 어져스트 모멘트 아암 대응부의 연관 작동을 통하여 어져스트 모멘트 아암의 위치 변동 내지 위치 구속을 통하여 출력 유니트의 관절 강성으로서의 회전 강성 조정 및 회전 가동의 회동 제어를 동시 내지 개별 진행 가능하여 컴팩트한 장착 구조를 형성할 수 있다.
둘째, 본 발명에 따른 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치는, 어져스트 모멘트 아암 및 어져스트 모멘트 아암에 형성되는 어져스트 모멘트 아암 대응 프로파일부의 관계를 조정하여 출력 유니트의 비선형적 강성 변화를 가능하게 하여 강성 변화의 스펙트럼을 대폭 증대시킬 수도 있다.
셋째, 본 발명에 따른 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치는, 어져스트 모멘트 아암 및 어져스트 모멘트 아암에 형성되는 어져스트 모멘트 아암 대응 프로파일부의 관계를 조정하여 회전 강성 내지 회전 가동의 제어에 있어 양방향 동일 특성을 형성하거나 또는 어느 일방향으로 한정된 동작만을 이루도록 하거나 또는 각각의 방향에 대하여 상이한 특성 형성을 이루도록 할 수도 있는 등 설계 사양의 변동을 통한 적용 범위의 확장을 이룰 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.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치의 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치의 개략적인 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치의 출력 유니트의 배면(저면)의 개략적인 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치의 어져스트 위치강성 블록의 시점에 따른 개략적인 분해 사시도 및 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치의 어져스트 위치강성부의 다른 일예의 개략적인 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치의 출력 유니트의 장착 상태를 나타내는 부분적인 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치의 어져스트 모멘트 아암 및 어져스트 모멘트 아암 대응부의 개략적인 부분 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치의 어져스트 모멘트 아암 및 어져스트 모멘트 아암 대응부 및 어져스트 구동 전달부의 연결 상태를 도시하는 개략적인 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치의 작동 원리를 설명하는 개략적인 모식도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치의 개략적인 상태도이다.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치의 작동 상태를 설명하는 개략적인 상태도이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치의 작동 상태를 설명하는 개략적인 상태도이다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치의 어져스트 모멘트 아암의 위치에 따른 모멘트 아암 길이 및 출력 유니트의 회전 각도에 따른 출력 유니트의 회전 강성을 나타내는 선도이다.
이하에서는 본 발명에 따른 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치에 대하여 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치(10)는 하우징(100)과 출력 유니트(200)와 어져스트 유니트(300)를 구비하는데, 출력 유니트(200)는 하우징(100)에 회동 가능하게 장착되고, 어져스트 유니트(300)는 일측이 출력 유니트(100) 측에 그리고 타측이 하우징(100)에 장착되어 출력 유니트(200)를 회전 가동시키고 경우에 따라 회전 상태, 즉 출력 유니트(200)에 대한 회전 강성(rotational stiffness)을 조정하거나 출력 유니트(200)의 회전 운동을 조정 제어하거나 또는 원치 않는 외력이 발생하는 경우 이에 대한 회전 상태 변화를 이루도록 할 수 있다.
보다 구체적으로, 하우징(100)은 하우징 바디(110)와 하우징 커버(120)를 구비하고, 하우징 바디(110)와 하우징 커버(120)는 서로 체결되어 내부 공간을 형성하고 내부 공간에는 다른 구성요소들이 배치된다. 하우징 커버(120)에는 하우징 커버 관통구(121)가 형성되는데, 하우징 바디(110)는 다른 구성요소, 도시되지는 않았으나, 로봇 장치(미도시)의 메인 프레임(미도시) 측에 위치 고정되어 장착될 수 있다. 하우징 커버 관통구(121)에는 출력 유니트(200)의 적어도 일부가 외부로 노출되어 배치된다. 도 1에서 도시되는 않았으나, 출력 유니트(200)에는 별개의 구성요소, 예를 들어 로봇 링크 등이 연결 배치되는 구조를 취할 수도 있다.
출력 유니트(200)는 하우징(100)에 회동 가능하게 장착되는데, 출력 유니트 바디(210)와 출력 유니트 가이드(220)를 포함한다. 출력 유니트 바디(210)는 본 실시예에서 원반 구조의 플레이트로 형성되는데, 출력 유니트 바디(210)의 일면은 하우징 커버(120)의 하우징 커버 관통구(121)에 배치되어 외부로 노출된다. 출력 유니트 바디(210)의 일면에는 다른 링크 등 다른 구성요소들과의 결합을 위한 장착부가 배치될 수도 있다. 출력 유니트 바디(210)는 원반 구조의 플레이트로 형성되는데, 출력 유니트 바디(210)의 외측에는 출력 유니트 가이드(220)가 더 배치될 수도 있다. 출력 유니트 가이드(220)는 하우징 바디(110)에 위치 고정되어 출력 유니트 바디(210)의 외주 인근에 배치되는데, 출력 유니트 가이드(220)는 본 실시예에서 롤로 베어링으로 구현된다. 즉, 도 6에 도시되는 바와 같이, 출력 유니트 가이드(220)는 출력 유니트 가이드 바디(221)와 출력 유니트 베어링(223)을 포함하고, 출력 유니트 가이드 바디(221)는 하우징 바디(110)의 출력 유니트 바디(210)가 배치되는 영역의 외측에 위치 고정되어 배치된다. 출력 유니트 가이드 바디(221)에는 소정의 베어링 장착부가 형성되고 베어링 장착부에 출력 유니트 베어링(223)이 배치되고, 출력 유니트 베어링(223)은 출력 유니트 바디(210)의 외주와 접촉 가능한 구조를 형성한다. 따라서, 하기되는 동작 상태에 따라 출력 유니트 바디(210)가 회동하는 경우 출력 유니트 베어링(223)은 소정 접촉 상태 형성이 가능하여 출력 유니트 바디(210)의 원활한 회동 상태 형성을 가능하게 할 수 있다.
이때, 경우에 따라 출력 유니트 바디(210)에는 출력 유니트 베어링(223)과의 원활한 접촉을 위한 출력 유니트 바디 단차부(211)가 형성될 수 있는데, 출력 유니트 바디(210)가 회동하는 경우 출력 유니트 베어링(223)과 출력 유니트 바디 단차부(211)의 접촉에 의하여 출력 유니트 바디(210)의 보다 원활한 회동이 가능할 수도 있다.
한편, 어져스트 유니트(300)는 일측이 출력 유니트(200)에 그리고 타측이 하우징(10)에 장착되어 출력 유니트의 회전 가동 및 회전 상태 조정 가능한데, 어져스트 유니트(300)는 어져스트 위치강성부(310)와 어져스트 모멘트부(320) 및 어져스트 구동 전달부(330)를 포함한다. 어져스트 위치강성부(310)는 출력 유니트(200)에 배치되고, 어져스트 모멘트부(320)는 하우징(100)에 장착되어 어져스트 위치강성부(310)와의 접촉 위치 변화 가능한 구조를 이루고, 어져스트 구동 전달부(330)는 구동력을 생성하여 어져스트 모멘트부(320)로 전달하고, 궁극적으로, 어져스트 모멘트부(320) 및 어져스트 위치강성부(310)를 거쳐 출력 유니트(200)로 소정의 회전 가동 내지 강성 변화와 같은 회전 상태 변화를 이루도록 할 수 있다.
어져스트 위치강성부(310)는 와이어 타입으로 구현될 수 있다. 즉, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 어져스트 위치강성부는 와이어 타입으로 형성 가능한데, 어져스트 위치강성부(310)는 어져스트 와이어(3111)를 포함하는 어져스트 와이어부(3110)와 어져스트 위치강성블록부(3115)를 포함하고, 경우에 따라 어져스트 와이어부(3110)의 어져스트 와이어(3111)의 장력 상태 형성 및 위치 형성을 위한 어져스트 베어링(3113)이 더 구비될 수도 있다. 어져스트 와이어(3111)는 출력 유니트의 어져스트 모멘트부(320)를 향한 일면에 배치되고 상기 어져스트 모멘트부(320)와 접촉 가능하고, 어져스트 위치강성블록부(3115)는 어져스트 와이어(3111)에 연결되어 어져스트 와이어(3111)의 인장 상내 조정 가능한다. 어져스트 위치강성블록부(3115)는 어져스트 위치강성블록 바디(3115a)와 어져스트 위치강성블록 와셔(3115b)와 어져스트 위치강성블록 탄성체(3115c)를 구비한다. 어져스트 위치강성블록 바디(3115a)는 출력 유니트 바디(210)의 저면에 위치 고정되어 장착되는데, 어져스트 위치강성 블록 바디(3115a)의 일단에 어져스트 와이어(3111)가 고정 장착되고, 어져스트 위치강성 블록 바디(3115a)의 타단에는 어져스트 위치강성 블록 바디 관통구(3115d)가 형성된다.
어져스트 위치강성 블록 바디(3115a)의 내부에는 공간이 형성되고 어져스트 위치강성블록 와셔(3115b)가 가동 가능하게 배치된다. 어져스트 위치강성 블록 와셔(3115b)와 어져스트 위치강성 블록 바디(3115a)의 내측으로 어져스트 위치강성 블록 바디 관통구(3115d)가 형성된 내측과의 사이에는 어져스트 위치강성 블록 탄성체(3115c)가 배치되는데, 어져스트 위치강성 블록 와셔(3115b)의 일단은 어져스트 와이어(3111)의 타단이 연결된다. 이때, 어져스트 와이어(3111)는 출력 유니트 바디(210)의 저면에 배치되되, 어져스트 와이어(3111)는 어져스트 베어링(3113)에 의하여 소정의 장력 상태를 형성하여 하기되는 어져스트 모멘트부(320)와의 접촉시 소정의 강성 내지 탄성 지지 상태를 형성하여 어져스트 구동 전달부(330)로부터 생성된 구동력을 출력 유니트(200)로 전달할 수 있다. 어져스트 와이어(3111)는 어져스트 베어링(3113)에 의하여 소정의 장력 상태를 형성하는데, 어져스트 와이어(3111)는 어져스트 베어링(3113)에 의하여 지지되는 중앙 부근에 어져스트 와이어 접촉부(3112)를 형성하고, 어져스트 와이어 접촉부(3112)에서 어져스트 모멘트부(320)와 접촉 상태를 형성한다. 본 실시예에서 출력 유니트(200)의 양방향, 즉 시계 방향 및/또는 반시계 방향으로의 회동을 모두 지지하기 위하여 대칭적으로 한 쌍이 배치되는 구조를 형성한다.
따라서, 어져스트 와이어(3111)에 어져스트 모멘트부(320)가 접촉하여 소정의 소정의 구동력이 전달되는 경우, 어져스트 위치강성 블록 탄성체(3115c)의 초기 탄성력이 어져스트 와이어(3111)에 전달되는 구동력에 의하여 어져스트 와이어(3111)에 작용하는 장력 변화를 충분히 지지한다면, 어져스트 와이어(3111)의 길이 변화없이 어져스트 모멘트부(320)로부터의 구동력에 의하여 출력 유니트(200)로 회동력이 바로 전달되고, 어져스트 위치강성 블록 탄성체(3115c)의 초기 탄성력이 어져스트 와이어(3111)에 전달되는 구동력에 의하여 어져스트 와이어(3111)에 작용하는 장력 변화를 충분히 지지하지 못하면, 어져스트 위치강성 블록 탄성체(3115c)는 가압되고 어져스트 위치강성 블록 와셔(3115b)의 위치 변동으로 인하여 어져스트 와이어(3111)의 길이 변화, 즉 어져스트 위치강성 블록 바디의 내부에 있던 부분이 외부로 인출되어 어져스트 위치강성 블록 바디의 외부에 노출된 어져스트 와이어(3111)의 길이 변화가 발생하고 , 어느 지점에서 어져스트 위치강성 블록 탄성체(3115c)가 가압력에 대응 가능한 경우 더 이상의 길이 변화없이 어져스트 모멘트부(320)로부터 전달되는 힘을 바로 출력 유니트(200)로 전달하여 소정의 회동 동작을 구현할 수 있다.
어져스트 와이어(3111)는 본 실시예에서 와이어 타입으로 구현되었으나, 앞서 언급된 바와 같이 어져스트 모멘트부(320)와의 접촉시 원활한 소정의 반력 형성을 가능하게 하는 범위에서 다양한 구성이 가능하다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이 어져스트 위치강성부(310a)는 토션 스프링으로 구현될 수 있는데, 토션 스프링 타입의 어져스트 위치강성부(310a)는 어져스트 모멘트부(320)와의 접촉을 위한 어져스트 토션 스프링 접촉부(3112a)를 포함한다. 본 실시예에서도 출력 유니트의 양방향 회동에 대한 회전 가동 내지 회전 상태 변화를 이루도록 한 쌍의 어져스트 위치강성부(310a)가 출력 유니트의 회전 중심을 가로지르는 중심선에 대하여 양자 대항 배치되는 구조를 이룰 수 있으나, 하기되는 바와 같이 단수 개만이, 즉 일방향 회동만을 지지하는 구조를 형성할 수도 있다.
어져스트 모멘트부(320)는 하우징(100)에 장착되고 어져스트 위치강성부(310)와의 접촉 위치 변화 가능하게 하는데, 어져스트 모멘트부(320)는 어져스트 모멘트 아암부(3210)와 어져스트 모멘트 아암 대응부(3220;3220-1,3220-2)를 포함한다. 어져스트 모멘트 아암ㅁ부(3210)는 일단이 어져스트 위치 강성부(310)와 접촉 가능하고 하우징(100)에 직선 가동 가능하게 장착되고, 어져스트 모멘트 아암 대응부(3220)는 하우징(100)에 장착되어 일측이 어져스트 구동 전달부(330)와 접촉하여 구동력을 전달받고, 타측에서 어져스트 모멘트 아암부(3210)와 접촉하여 어져스트 구동 전달부(330)로부터 전달받은 구동력을 어져스트 모멘트 아암부(3210)로 전달한다.
어져스트 모멘트 아암부(3210)는 어져스트 모멘트 아암(3211)과 어져스트 모멘트 아암 모션 가이드부(3213)를 포함하는데, 어져스트 모멘트 아암(3211)은 모멘트 아암 바디 샤프트(3211a)와 모멘트 아암 바디 컨택터(3211b)를 포함한다. 모멘트 아암 바디 샤프트(3211a)는 하기되는 어져스트 모멘트 아암 대응부(3220)의 어져스트 모멘트 아암 대응부(3220)에 관통 형성되는 어져스트 모멘트 아암 대응 프로파일부(3221)을 관통하여 배치되고, 모멘트 아암 바디 샤프트(3211a)의 일단부는 어져스트 모멘트 아암 모션 가이드부(3213)와 연결되어 가동 가능하게 지지된다. 모멘트 아암 바디 샤프트(3211a)의 외주에는 모멘트 아암 바디 컨택터(3211b)가 배치된다. 모멘트 아암 바디 컨택터(3211b)는 어져스트 모멘트 아암 대응 프로파일부(3221)와 직접 접촉함으로써 어져스트 모멘트 아암 대응부(3220)의 소정의 가동 동작이 이루어지는 경우 출력 유니트(200)의 중심, 즉 본 실시예에서 어져스트 모멘트 아암 대응부(3220)의 회동 중심인 중심축으로서의 어져스트 샤프트 베어링(3223a)에 의하여 베어링 지지되는어져스트 샤프트(3223)으로부터 모멘트 아암 바디 샤프트(3221a)의 거리(r)를 변화 조정시킬 수 있고, 이는 출력 유니트(200)의 저면(배면)에 배치되는 어져스트 위치강성부(310)의 출력 유니트(200)의 회동 중심으로부터 구동력의 전달 위치의 변화 조정에 대응됨으로써, 궁극적으로 출력 유니트(200)에서의 회전 강성 조정과 같은 회전 상태 제어 내지 출력 유니트의 회전 가동 조정과 같은 위치 제어를 이룰 수 있다.
본 실시예에서 어져스트 모멘트 아암 대응부(3220)의 어져스트 모멘트 아암 대응 프로파일부(3221)는 관통 구조를 형성하는데, 모멘트 아암 바디 컨택터(3211 b)는 어져스트 모멘트 아암 대응 프로파일부(3221)와의 원활한 접촉을 위하여 어져스트 모멘트 아암 대응 프로파일부(3221)의 내측면과 접촉 가능한 모멘트 아암 바디 컨택터 메인부(3211b-1)와, 모멘트 아암 바디 컨택터 메인부(3211b-1)의 상단에 연장 형성되는 모멘트 아암 바디 컨택터 연장부(3211b-2)를 구비하고, 모멘트 아암 바디 컨택터 연장부(3211b-2)는 어져스트 모멘트 아암 대응 프로파일부(3221)를 구획하는 어져스트 모멘트 아암 대응부(3220)의 일면 부분과 접촉 가능한 구조를 이룸으로써, 어져스트 모멘트 아암부(3210)의 어져스트 모멘트 아암(3211)과 어져스트 모멘트 아암 대응부(3220)의 어져스트 모멘트 아암 대응 프로파일부(3221) 간의 원활한 상대 운동을 이루도록 할 수도 있다.
어져스트 모멘트 아암(3211)의 하부에는 어져스트 모멘트 아암 모션 가이드부(3213)가 배치되고, 어져스트 모멘트 아암 모션 가이드부(3213)는 어져스트 모멘트 아암(3211)과 연결되어 어져스트 모멘트 아암(3211)을 하우징(100)에서 가동 가능하게 안내 지지한다. 어져스트 모멘트 아암 모션 가이드부(3213)는 어져스트 모멘트 모션 가이드 레일(3215)와 어져스트 모멘트 모션 가이드 블록(3217)을 포함하는데, 어져스트 모멘트 모션 가이드 레일(3215)은 하우징(100)의 하우징 바디(110)의 내측에 위치 고정되어 배치되고, 어져스트 모멘트 모션 가이드 블록(3217)은 어져스트 모멘트 모션 가이드 레일(3215) 상에 직선 이동 가능하게 배치되는데, 어져스트 모멘트 모션 가이드 블록(3217)의 상단에는 어져스트 모멘트 아암(3211)의 단부가 연결된다. 따라서, 어져스트 모멘트 아암(3211)이 어져스트 모멘트 아암 대응부(3220)의 어져스트 모멘트 아암 대응 프로파일부(3221) 간의 상대 운동을 이루는 경우, 어져스트 모멘트 모션 가이드부(3213)에 의하여 지지되는 어져스트 모멘트 아암(3211)은 원활한 직선 이동을 이룰 수 있다.
어져스트 모멘트 아암 대응부(3220)는 하우징(100)에 어져스트 샤프트(3223)를 중심으로 회동하고, 일측에서 어져스트 구동 전달부(330)와 접촉하고, 타측에 어져스트 모멘트 아암 대응 프로파일부(3221)를 구비하여 어져스트 모멘트 아암부(3210)와 접촉 가능하다. 즉, 어져스트 구동 전달부(330)로부터 전달받은 구동력을 통하여 어져스트 모멘트 아암(3211)를 위치 조정하여 출력 유니트(200)에 배치되는 어져스트 위치강성부(310)와의 접촉 위치를 변화시켜 회전 강성을 변화시키거나 또는 어져스트 구동 전달부(330)로부터 전달받은 구동력을 통하여 어져스트 모멘트 아암(3211)의 위치 조정없이 출력 유니트(200)의 회전 가동을 조정하여 회전 운동을 제어하거나 또는 반대로 출력 유니트(200)를 통하여 원치 않는 갑작스런 외력 유입이 발생하는 경우 회전 강성을 조정하여 안전 사고 발생을 방지할 수도 있는 등 다양한 구성이 가능하다.
본 실시예에서 어져스트 모멘트 아암 대응부(3220;3220-1,3220-2)는 평행 배치되는 두 개의 원형 플레이트로서 평행하게 서로 마주하게 배치되는 스택 구조를 형성한다. 원형 플레이트 타입으로 형성되는 어져스트 모멘트 아암 대응부(3220)의 외주에는 어져스트 구동 전달부(330)와의 기계적 연결을 위한 어져스트 전달 구동축 대응 기어(3227)가 형성된다.
어져스트 모멘트 아암 대응부에 구비되는 어져스트 모멘트 아암 대응 프로파일부(3221;3221-1,3221-2)는 어져스트 모멘트 아암 대응부(3220)가 회동 운동을 이루는 평면에 수직한 방향으로 관통구 형상으로 형성된다. 이와 같은 구조를 통하여 두 개의 스택 배치되는 어져스트 모멘트 아암 대응부(3220)를 어져스트 모멘트 아암(3211)이 관통 배치되는 구조를 이룸으로써, 어져스트 모멘트 아암(3211)이 하단부에서 어져스트 모멘트 모션 가이드부를 통하여 직선 가동 안내되고 상단부에서 어져스트 위치강성부(3210)와의 접촉을 통하여 출력 유니트(200) 측과의 원활한 구조적 연결을 가능하게 한다.
이때 본 실시예에 따른 스택 배치되는 두 개의 어져스트 모멘트 아암 대응부의 어져스트 모멘트 아암 대응 프로파일부(3221)는 동일한 프로파일 형상을 구비하되, 각각의 어져스트 모멘트 아암 대응부의 회전 방향에 따라 어져스트 모멘트 아암의 직선 이동을 통한 위치 조정을 하거나 어져스트 모멘트 아암을 구속하여 위치 고정시켜 출력 유니트(200) 측과의 즉각적인 힘 전달 구조를 이루도록 하기 위하여 두 개의 어져스트 모멘트 아암 대응부의 어져스트 모멘트 아암 대응 프로파일부(3221)는 180도 반전 배치되는 구조를 이룬다. 도 7에서 배면 측에 배치되는 어져스트 모멘트 아암 대응부(3220-2)의 어져스트 모멘트 아암 대응 프로파일부(3221-2)는 점선으로 도시되어 있다.
즉, 도 2, 도 7 및 도 8에 도시되는 바와 같이, 두 개의 원형 플레이트로 형성되는 어져스트 모멘트 아암 대응부(3220)는 동일한 구조를 이루되, 서로 스택 배치되는 두 개의 원형 플레이트의 어져스트 모멘트 아암 대응부(3220)에 형성되는 각각의 어져스트 모멘트 아암 대응 프로파일부(3221)는 어져스트 모멘트 아암 대응부(3220)의 회전 평면 상에서 볼 때 180도 반전 상으로 배치되는데, 달리 표현하면 두 개의 원형 플레이트의 어져스트 모멘트 아암 대응부(3220)에 형성되는 각각의 어져스트 모멘트 아암 대응 프로파일부(3221)는 동일한 형상을 구비하되, 어져스트 모멘트 아암 대응부(3220)의 회전 평면 상에서 볼 때 두 개의 원형 플레이트의 어져스트 모멘트 아암 대응부(3220)의 어느 위치에서 어느 하나의 어져스트 모멘트 아암 대응부(3220)를 뒤집는 경우 관통구 형상의 어져스트 모멘트 아암 대응 프로파일부(3221)가 중첩 배치되는 구조를 이루도록 180도 반전 상으로 형성된다.
이와 같은 구조를 통하여 예를 들어 어느 하나의 어져스트 모멘트 아암 대응부(3220)가 시계 방향으로 회동하고 다른 하나의 어져스트 모멘트 아암 대응부(3220)가 반시계 방향으로 회동하는 경우 어져스트 모멘트 아암 대응 프로파일부(3221)에 관통 배치되는 어져스트 모멘트 아암(3211)는 직선 이동하여 어져스트 모멘트 아암 대응부(3220)의 회동 중심인 중심축으로서의 어져스트 샤프트(3223)로부터의 거리가 조정되고, 출력 유니트(200) 측에 배치되는 어져스트 위치강성부(310)와의 접촉 위치가 변화됨으로써 출력 유니트(200)에서의 회전 강성 변화로 회전 상태가 변화된다.
반대로, 두 개의 어져스트 모멘트 아암 대응부(3220)가 동일한 방향으로 회동하는 경우 어져스트 모멘트 아암 대응 프로파일부(3221)에 관통 배치되는 어져스트 모멘트 아암(3211)는 위치 구속됨으로써 출력 유니트(200) 측에서의 회전 강성은 변화하지 않고 유지시키되 출력 유니트(200)를 직접 회전 가동시켜 위치 상태를 변화시키는 회전 제어를 이루도록 할 수 있다.
본 실시예에서 양방향으로 동일한 조건을 형성하기 위하여 양방향에 대하여 어져스트 탄성부, 어져스트 모멘트부, 및 어져스트 구동 전달부가 동일한 대응 구조를 이루나, 경우에 따라 어느 일방향에 대한 어져스트 모멘트 아암 대응부의 어져스트 모멘트 아암 대응 프로파일과 다른 일방향에 대한 어져스트 모멘트 아암 대응 프로파일이 서로 상이한 구조를 취하여 방향에 따라 어져스트 모멘트 아암의 위치 조정 상태를 변화시킬 수도 있다. 또한, 경우에 따라 두 개의 어져스트 모멘트 아암 대응부가 각각 상이한 구조를 이루어, 동일한 방향, 즉 동일한 어져스트 모멘트 아암과 연결되는 어져스트 모멘트 아암 대응 프로파일에 대하여도 각각의 어져스트 모멘트 아암 대응부마다 상이한 프로파일 형상을 구비하는 어져스트 모멘트 아암 대응 프로파일부 구조를 취할 수 있는데, 이 경우 두 개의 스택 배치되는 어져스트 모멘트 아암 대응부의 각각의 회전 속도를 제어함으써 어져스트 모멘트 아암의 위치 변동 내지 위치 구속을 이룰 수도 있는 등 다양한 변형이 가능하다.
한편, 어져스트 구동 전달부(330)는 어져스트 모멘트 아암 대응부(3220)와의 연결을 이루는데, 어져스트 구동 전달부(330)는 어져스트 모멘트부(3200)에 구동력을 생성 전달한다. 본 실시예에서의 어져스트 구동 전달부(330)는 어져스트 구동부(3310)와 어져스트 전달부(3320)를 포함한다. 어져스트 구동부(3210)는 하우징(100)에 배치되고 구동력을 생성하는데, 어져스트 구동부(3210)는 전기 모터로 구현되나 본 발명의 일예일뿐 이에 국한되지 않고 유압 모터 등 기타 동력을 생성하는 범위에서 다양한 적용이 가능하다.
어져스트 전달부(3320)는 일단이 어져스트 구동부(3310)와 연결되고 타단이 어져스트 모멘트 아암 대응부(3210)와 연결되어 어져스트 구동부(3310)로부터 전달된 구동력을 어져스트 모멘트 아암 대응부(3210)로 전달한다. 어져스트 전달부(3320)는 동력 전달 범위에서 다양한 구성이 가능하나, 본 실시예에서는 일예로서 기어 전달 구조를 취한다. 어져스트 전달부(3320)는 어져스트 전달 워엄 기어(3321)와 어져스트 전달 워엄 휠(3323)과, 어져스트 전달 샤프트 기어(3325) 및 어져스트 전달 모멘트 아암 대응 기어(3327)를 포함하는데, 어져스트 전달 워엄 기어(3321)는 어져스트 구동부(3310)에 연결되고, 어져스트 전달 워엄 휠(3323)는 어져스트 전달 워엄 기어(3321)와 치합된다. 어져스트 전달 워엄 휠(3323)는 어져스트 전달 워엄 휠(3323)의 회전축을 중심으로 배치되는 어져스트 전달 샤프트(3322)에 배치된다. 어져스트 전달 샤프트(3322)의 타단에는 어져스트 전달 샤프트 기어(3323)가 배치되고, 어져스트 전달 샤프트 기어(3323)는 어져스트 전달 모멘트 아암 대응 기어(3327)와 치합되는데, 앞서 기술된 바와 같이 어져스트 전달 모멘트 아암 대응 기어(3327)는 어져스트 모멘트 아암 대응부(3320)의 외주에 형성된다. 이와 같은 동력 생성 및 동력 전달 구조를 통하여, 어져스트 구동부(3310)에서 생성된 구동력은 어져스트 전달부(3320)를 거쳐 어져스트 모멘트 아암 대응부(3320)로 전달되고, 어져스트 모멘트 아암 대응부(3320)의 회동 상태, 즉 두 개의 스택 배치되는 어져스트 모멘트 아암 대응부(3320)의 회전 방향이 각각 상이한지 내지는 동일한지에 따라 어져스트 모멘트 아암 대응부(3320)에 형성되는 어져스트 모멘트 아암 대응 프로파일부(3321)와 접촉하는 어져스트 모멘트 아암(3311)의 위치 변동 내지 위치 구속이 이루어지고, 이에 의하여 어져스트 위치강성부(310)와의 접촉 상태가 선택되어 최종적으로 출력 유니트(200)에서의 회전 강성 변화와 같은 회전 상태 변화 내지는 회전 운동과 같은 회전 가동 제어 상태를 형성할 수 있다.
또한, 앞서 기술된 바와 같이, 본 실시예에서는 두 개의 원형 플레이트 타입의 어져스트 모멘트 아암 대응부가 동일한 구조를 이루되 어느 하나가 180도 반전되어, 즉 뒤집혀 배치되는 구조를 형성하고 어져스트 모멘트 아암 대응 프로파일부가 양방향에 대하여 동일한 프로파일 형상을 갖도록 이루어짐으로써 시계 방향 및 반시계 방향 회동 가동 및 회동 상태 조정이 이루어지는 구조를 중심으로 설명하였으나, 각각의 방향에 대하여 상이한 특성을 갖도록 어져스트 모멘트 아암 대응 프로파일부를 형성하는 구조를 취할 수도 있다.
이하에서는 본 발명의 일실시예의 작동 원리 및 작동 상태를 도면을 참조하여 설명한다.
도 9에는 레버 아암 원리를 설명하기 위하여 레버 아암, 작용점 및 이를 지지하는 스프링의 연결 구조가 도시된다. 도 9에 도시되는 바와 같이 출력 축 쪽에 외력이 가해져 출력축, 즉 출력 유니트가 회전하는 경우 사용자가 임의로 회전 강성인 회전 상태를 변화시킬 수 있도록 레버 암 원리를 기반으로 작용점 F의 위치를 변경시켜 회전 중심으로부터 반력이 가해지는 지점인 모멘트 아암의 길이를 조절한다. 이와 같은 조정에 따라 회전 중심으로부터의 거리인 모멘트 아암의 길이 r에 비례하여 스프링의 탄성력도 증가한다. 즉, 출력 유니트를 θ만큼 회전시키기 위하여 필요한 토크는 모멘트 아암의 길이가 증가함에 따라 함께 증가하는데, 이와 같은 관계를 이용하여 관절 강성(kj=τ/θ)를 조절할 수 있다.
이와 같은 레버 아암 원리를 이용하여 본 발명의 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치(10)는 도 10의 (a)과 같이 개략적으로 도식화될 수 있다. 어져스트 위치강성 와이어부(3110)의 어져스트 와이어(3111) 및 어져스트 위치강성블록부(3115)의 어져스트 위치강성블록 탄성체(3115c)는 모두 출력 프레임(200)에 위치 장착되어 출력 유니트(200)와 함께 회동할 수 있고, 어져스트 모멘트 아암(3211)은 어져스트 모멘트 아암 모션 가이드부(3213)의 안내에 따라 능동적으로 병진 운동, 즉 직선 가동될 수 있다. 이와 같은 구성을 통하여 어져스트 모멘트 아암(3211)은 위치 조정이 가능하고 어져스트 와이어(3111)와의 접촉을 통하여 출력 유니트(200)의 회동이 구속되는데, 어져스트 와이어(3111)와 연결되는 어져스트 위치강성블록부(3115)의 어져스트 위치강성블록 탄성체(3115c)와의 관계로부터 관절 강성으로서의 회전 강성, 즉 회전 상태가 변화될 수 있다. 본 실시예에서는 양방향 회전에 대하여 동일한 구성을 취하여 양방향 회전(CW, CCW)을 구속하게 되어 출력 유니트(200)의 양방향 회전에 대한 강성 k j 를 제공할 수 있다. 외력이 인가되는 경우(도 10의 (b)참조), 어져스트 와이어(3111)의 장력 상태에 의한 회전 강성이 입력되는 외력에 의한 토크에 대비하여 작다면, 출력 유니트와 어져스트 유니트 간의 상대 회동으로 변형각(θδ)이 발생하고 이는 어져스트 위치강성부의 어져스트 위치강성블록 내 어져스트 위치강성블록 탄성체(3115c)의 압축 변위를 생성하고 압축 변위에 의한 압축 저항으로서의 반발력이 소정의 외력 토크에 저항하는 수준에 도달하는 경우 더 이상의 변형각(θδ)이 발생하지 않고 출력 유니트(200)는 압축 저항으로서의 반발력에 의한 증대된 회전 강성의 상태로 회전 가동되는데, 이때 어져스트 구동 전달부의 구동력 제공을 통하여 어져스트 모멘트 아암의 위치 변동을 통하여 어져스트 위치강성블록 탄성체(3115c)의 압축 변위를 최소화시키거나 내지는 어져스트 위치강성블록 탄성체(3115c)의 압축 변위와 함께 회전 강성의 변동폭을 증대시킬 수도 있는 등 능동적인 회전 강성 제어 및 회전 가동 제어가 이루어질 수 있다.
도 11은 어져스트 모멘트 아암(3211)의 위치를 변화시킴으로써 중심축으로서의 어져스트 샤프트(3225)로부터의 거리인 모멘트 아암의 길이가 r 1에서 r 2 (r 2<r 1)로 조절되어 궁극적으로 출력 유니트의 회전 강성을 감소시키는 경우가 도시된다. 또한, 본 발명의 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치(10)는 회전 강성을 변화시키는데만 국한되는 것은 아니다. 즉, 도 12에 전후 상태로 도시되는 바와 같이 어져스트 모멘트 아암 대응부(3220)를 동일한 방향으로 회전시켜 어져스트 모멘트 아암(3211)의 위치를 변동시키지 않고 구속시킴과 동시에 어져스트 구동부(3310)로부터 생성된 구동력을 출력 유니트(200) 측으로 전달함으로써 출력 유니트(200)를 소정의 각도(θ)로 회전 이동시키는 회전 가동 제어를 이룰 수도 있다.
또한, 회전 강성 변화 및 회전 가동 제어가 개별적으로 이루어지지 않고 동시에 실행될 수도 있다. 즉, 도 13에 도시된 바와 같이, 어져스트 모멘트 아암 대응부(3220)의 회전 동작을 제어하여 어져스트 모멘트 아암(3211)의 위치를 변동시킴과 구속을 적절하게 조정하여 어져스트 구동부(3310)로부터 생성된 구동력을 출력 유니트(200) 측으로 전달을 단속시켜 회전 강성을 변화시킴과 동시에 출력 유니트(200)를 소정의 각도(θ)로 회전 이동시키는 회전 가동 제어를 이룰 수도 있다.
도 14에는 외력에 의한 회전 전후 상태의 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치(10)의 모식도가 도시된다. 외력으로서의 외부 토크(t)가 출력 유니트(200)에 인가되는 경우 출력 유니트(200)가 θ만큼 회전하면 양쪽의 어져스트 모멘트 아암(3211)으로서의 롤러에 모멘트 F m 가 작용한다. 이 때 모멘트 F m 은 어져스트 모멘트 아암(3211)으로서의 롤러의 위치에 따라 변화된다. 도 15에는 본 발명의 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치(10)의 어져스트 유니트(300)의 작동에 따라 어져스트 모멘트 아암(3211)의 위치에 따른 회전 중심축으로부터 어져스트 모멘트 아암의 길이와 출력 유니트(200)와 어져스트 유니트(300) 간의 상대 회전, 즉 변형각(θδ, 도 10의 (b) 참조)에 대한 출력 유니트(200)의 관절강성, 즉 회전 강성의 변화가 도시된다. 즉, 출력 유니트의 동일한 회전 각도에 대하여도 회전 중심축으로부터 어져스트 모멘트 아암의 길이가 길어질수록 출력 유니트(200)의 관절 강성으로서의 회전 강성이 증가한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치는, 어져스트 모멘트 아암의 위치 조정을 통한 회전 강성 제어 및 어져스트 모멘트 아암의 구속을 통한 회전 가동 제어를 이룰 수 있는 범위에서 다양한 변화를 도출하는 다양한 구성이 가능하다.
10...가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치
100...하우징 200...출력 유니트
300...어져스트 유니트 310...어져스트 위치강성부
320...어져스트 모멘트부 3210...어져스트 모멘트 아암부
3220...어져스트 모멘트 아암 대응부
330...어져스트 구동 전달부 3310...어져스트 구동부
3320...어져스트 전달부

Claims (15)

  1. 하우징; 상기 하우징에 회동 가능하게 장착되는 출력 유니트; 일측은 상기 출력 유니트에 그리고 타측은 상기 하우징에 장착되어 상기 출력 유니트의 회전 가동 및 회전 상태 조정 가능한 어져스트 유니트;를 구비하고, 상기 어져스트 유니트는: 상기 출력 유니트에 배치되는 어져스트 위치강성부와, 상기 하우징에 장착되고 상기 어져스트 위치강성부와의 접촉 위치 변화 가능한 어져스트 모멘트부와, 상기 어져스트 모멘트부에 구동력을 생성 전달하는 어져스트 구동 전달부를 구비하고,
    상기 어져스트 위치강성부는 와이어 타입이고,
    상기 와이어 타입의 어져스트 위치강성부는: 상기 출력 유니트의 상기 어져스트 모멘트부를 향한 일면에 배치되는 어져스트 와이어와, 상기 어져스트 와이어에 연결되어 상기 어져스트 와이어의 인장 상태 조정 가능한 어져스트 와이어 탄성체를 구비하는 것을 특징으로 하는 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 출력 유니트의 상기 어져스트 모멘트부를 향한 일면에 배치되고 상기 어져스트 와이어와 접촉하여 상기 어져스트 와이어의 가동을 안내하는 어져스트 와이어 베어링을 구비하는 것을 특징으로 하는 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 어져스트 위치강성부는 토션 스프링 타입인 것을 특징으로 하는 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치.
  6. 하우징; 상기 하우징에 회동 가능하게 장착되는 출력 유니트; 일측은 상기 출력 유니트에 그리고 타측은 상기 하우징에 장착되어 상기 출력 유니트의 회전 가동 및 회전 상태 조정 가능한 어져스트 유니트;를 구비하고, 상기 어져스트 유니트는: 상기 출력 유니트에 배치되는 어져스트 위치강성부와, 상기 하우징에 장착되고 상기 어져스트 위치강성부와의 접촉 위치 변화 가능한 어져스트 모멘트부와, 상기 어져스트 모멘트부에 구동력을 생성 전달하는 어져스트 구동 전달부를 구비하고,
    상기 어져스트 모멘트부는:
    일단이 상기 어져스트 위치강성부와 접촉 가능하고 상기 하우징에 가동 가능하게 장착되는 어져스트 모멘트 아암부와,
    상기 하우징에 장착되어 일측은 상기 어져스트 구동 전달부와 접촉하여 구동력을 전달받고, 타측에서 상기 어져스트 모멘트 아암부와 접촉하여 상기 어져스트 구동 전달부로부터 전달된 구동력을 상기 어져스트 모멘트 아암부로 전달하는 어져스트 모멘트 아암 대응부를 구비하는 것을 특징으로 하는 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 어져스트 모멘트 아암부는:
    일측에서 상기 어져스트 모멘트 아암 대응부와 접촉하고, 타측에서 상기 어져스트 위치강성부와 접촉 가능한 어져스트 모멘트 아암과,
    상기 어져스트 모멘트 아암과 연결되고 상기 어져스트 모멘트 아암을 상기 하우징에서 가동 가능하게 안내 지지하는 어져스트 모멘트 모션 가이드부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 어져스트 모멘트 모션 가이드부는:
    상기 하우징에 위치 고정되어 배치되는 어져스트 모멘트 모션 가이드 레일과,
    일단에 상기 어져스트 모멘트 아암이 배치되고, 상기 어져스트 모멘트 모션 가이드 레일 상에서 직선 이동 가능하게 배치되는 어져스트 모멘트 모션 가이드 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 어져스트 모멘트 아암 대응부는
    상기 하우징에 어져스트 샤프트를 중심으로 회동하고 일측에서 상기 어져스트 구동 전달부와 접촉하고, 타측에 상기 어져스트 모멘트 아암부와 접촉 가능한 어져스트 모멘트 아암 대응 프로파일부가 형성되는 것을 특징으로 하는 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 어져스트 모멘트 아암 대응부는 평행 배치되는 두 개의 원형 플레이트이고, 상기 어져스트 모멘트 아암 대응 프로파일부는 상기 어져스트 모멘트 아암 대응부의 관통구 형상인 것을 특징으로 하는 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 어져스트 모멘트 아암 대응부는 동일한 두 개의 원형 플레이트로 형성되되, 상기 두 개의 어져스트 모멘트 아암 대응부 중의 어느 하나가 뒤집혀 배치되어, 상기 어져스트 모멘트 아암 대응부의 회전 평면 상에서 볼 때 상기 어져스트 모멘트 아암 대응부의 상기 각각의 어져스트 모멘트 아암 대응 프로파일부는 180도 반전 상으로 배치되는 것을 특징으로 하는 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 어져스트 모멘트 아암 대응부는 두 개의 원형 플레이트로 형성되되, 상기 어져스트 모멘트 아암 대응부의 회전 평면 상에서 볼 때 상기 어져스트 모멘트 아암 대응부의 상기 각각의 어져스트 모멘트 아암 대응 프로파일부는 상이한 것을 특징으로 하는 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 어져스트 구동 전달부는:
    상기 하우징에 배치되고 구동력을 생성하는 어져스트 구동부와,
    일단은 상기 어져스트 구동부와 연결되고 타단은 상기 어져스트 모멘트 아암 대응부와 연결되어 상기 어져스트 구동부로부터 전달된 구동력을 상기 어져스트 모멘트 아암 대응부로 전달하는 어져스트 전달부를 구비하는 것을 특징으로 하는 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 어져스트 전달부는 상기 어져스트 구동부에 연결되는 어져스트 전달 워엄 기어와,
    상기 어져스트 전달 워엄 기어와 치합되고 회전축을 중심으로 배치되는 어져스트 전달 샤프트와 연결되는 어져스트 전달 워엄 휠과,
    상기 어져스트 전달 샤프트에 배치되는 어져스트 전달 샤프트 기어와,
    상기 어져스트 전달 샤프트 기어와 치합되고 상기 어져스트 모멘트 아암 대응부의 외주 상에 형성되는 어져스트 전달 모멘트 아암 대응 기어를 구비하는 것을 특징으로 하는 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치.
  15. 제 6항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 어져스트 유니트는 상기 출력 유니트의 시계 방향 및 반시계 방향 회동가동 및 회동 상태 조정 가능하도록 한 쌍이 배치되는 것을 특징으로 하는 가변 모멘트 아암 기반 가변 강성 액츄에이터 장치.
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