KR101514245B1

KR101514245B1 - 가변 강성 구동기

Info

Publication number: KR101514245B1
Application number: KR1020130124392A
Authority: KR
Inventors: 이성규; 이성건; 이혁진; 김병수
Original assignee: 이성규; 이성건; 이혁진; 주식회사 케이엘테크
Priority date: 2013-10-18
Filing date: 2013-10-18
Publication date: 2015-04-22

Abstract

본 발명은 입력측에서 출력측으로 동력을 전달할 때 입력측의 큰 충격을 완화시켜 출력측으로 전달함과 아울러 강성 조절을 통해 출력측의 움직임을 조정할 수 있도록 하는 가변 강성 구동기에 관한 것으로서,
대상(35)을 움직이기 위한 구동력을 발생하는 구동모터(30)와; 대상(35)이 연결된 출력측과 상기 구동모터(30)가 연결된 입력측 사이에 판 스프링(15)이 개재되어 입력측의 움직임이 판 스프링(15)을 통해 출력측으로 전달되도록 함과 아울러 상기 판 스프링(15)의 강성을 조절할 수 있는 강성조절모듈(10);을 포함하고, 상기 강성조절모듈(10)은 입력측과 출력측 중 어느 일측에 상기 판 스프링(15)의 길이 방향으로 이동 가능하게 설치되며 위치에 따라 상기 판 스프링(15)의 강성이 변회되도록 하는 강성조절기(16)를 구비한 것을 특징으로 한다.

Description

가변 강성 구동기{Variable Stiffness Actuator}

본 발명은 입력측에서 출력측으로 동력을 전달할 때 입력측의 큰 충격을 완화시켜 출력측으로 전달함과 아울러 강성 조절을 통해 출력측의 움직임을 조정할 수 있도록 하는 가변 강성 구동기에 관한 것이다.

일반적으로 옷처럼 착용할 수 있는 웨어러블 로봇(Wearable Robot), 재활치료용으로 사용되는 재활로봇(Rehabilitation Robot), 의족 등의 보철(Prosthetics)과 보행 로봇 분야에서 사용되는 구동기는 부드러운 움직임을 구현할 수 있는 능력이 요구되고 있다. 이에 따라 충격으로 인한 큰 힘을 최소화시킬 수 있도록 가변 강성 구동기(VSA-Variable Stiffness Actuator) 또는 조정가능한 컴플라이언스 구동기(Compliance Actuator)가 설계 및 구현되고 있다.

이러한 구동기는 사용자와 안전하게 상호 작용할 수 있도록 에너지를 저장하고 방출시킬 수 있는 수동 탄성체를 구비하고 있으며, 물체를 집고 놓는 조작과 같은 전통적인 위치 제어 응용에는 적합하지 않다. 그러나 안전한 휴먼-로봇 상호작용이 필요한 새로운 로봇 또는 구동기의 공진 주파수를 조정함으로써 에너지 효율을 증가시켜야 하는 응용에서 적절하다.

전통적인 로봇 응용에서 사용되는 구동기는 정밀한 위치 이동 또는 궤적 추종 제어를 쉽게 할 수 있도록 강성을 높게 할 필요가 있다. 하지만, 이러한 구동기들은 높은 강성으로 인해 상기한 웨어러블 로봇이나 재활 로봇 및 보행 로봇 등에는 적합하지 않다.

사람이나 동물과 같은 생물의 에너지 효율성, 안정성, 모션 등을 일치시킬 수 있는 기계들을 개발하는 경우, 생물의 우수한 파워-무게 비, 힘-무게 비, 컴플라이언스, 근육제어 등이 주요 장벽에 해당하여 이들 장벽을 해소하는 것이 매우 중요하다. 그리고 생체의 근육 및 신경 제어 시스템은 생물학적 구동기와 제어기에 해당하는 것으로, 상기한 VSA 구동기는 근육에 대응하는 구동기에 해당한다.

전통적인 구동기와 VSA 구동기 시스템의 주된 차이 중 하나는 생체 시스템에서 발견할 수 있는 스프링과 같은 거동이다. VSA 구동기들은 전통적인 위치-제어 응용의 경우 적합하지 않을 것이지만, 이들 VSA 구동기들은 휴먼-로봇 상호작용, 편안한 능동형 보조기, 족형 로봇 설계 등에 있어서는 장점을 제공하고 있다.

한편, 현재 널리 사용되고 있는 VSA 구동기에는 와이어 구동 방식의 가변 강성 구동기가 있다. 와이어 구동 방식의 가변 강성 구동기는 재활 보행 훈련기에서 주로 사용되고 있는데, 그 이유는 다음과 같다.

재활 보행 훈련기에서는 외골격계의 각 조인트의 구동할 수 있도록 큰 구동 토크를 발생하는 대용량의 구동기를 사용하고 있는데, 대용량의 구동기를 조인트에 적용할 경우 외골격계의 무게와 사이즈가 증가한다는 문제점이 있다. 하지만, 와이어 구동 방식을 이용하여 대용량의 구동기를 외골격계 외부에서 구동하게 되면 이러한 문제의 회피가 가능하다.

또, 재활 보행 훈련 과정에서는 환자의 상태에 따라 훈련기 조인트의 강성을 조절할 필요가 있다. 물론, 소프트웨어적인 방식으로 조인트 강성을 조절할 수도 있으나, 이러한 방식은 소프트웨어가 복잡하고 조인트 외란에 대해 불안정성을 야기할 수 있는 문제가 있다. 하지만, 스프링이라는 수동 부품을 추가한 와이어 구동 방식의 가변 강성 구동기에서는 복잡한 임피던스 제어가 요구되지 않고 조인트 외란에도 안정성이 증가하게 된다.

하지만, 상기한 와이어 구동 방식의 가변 강성 구동기는 2개의 스프링 사이에 위치된 블록의 위치를 조절함으로써 스프링의 강성을 가변시키도록 하고 있어 강성 제어가 쉽지 않고 대용량의 구동기를 조인트의 외부에 설치해야 하는 문제점이 있다.

참고로 강성 제어와 관련한 선행기술은 매우 다양하게 공지되어 있는데, 그 중 일부를 소개하면 다음과 같다.

특허문헌 1은 직진 주행시나 저속 선회시에 발생하는 차체의 작은 롤 각에 대해서는 스태빌라이저바가 작은 롤 강성을 제공할 수 있도록 하고, 고속 선회시에 발생하는 큰 롤 각에 대해서는 스태빌라이저바가 큰 롤 강성을 제공할 수 있도록 함으로써, 차량의 승차감과 조종안정성을 모두 만족시킬 수 있도록 한, 롤 강성 가변 스태빌라이저바를 기재하고 있다.

또, 특허문헌 2는 간단한 구조를 이용하여 강성 내지 위치 제어를 가능하게 하고, 외력에 의하여 출력 측의 위치 변동이 발생하더라도 강성조절변수가 일정한 경우 위치 강성조절기가 일정한 상태를 유지함과 동시에 관절 강성도 일정한 값을 가지도록 할 수 있는 구조의 액티브 액츄에이터 모듈을 기재하고 있다.

KR

10-2006-0071885

A

KR

10-2011-0111580

A

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 입력측과 출력측을 스프링으로 연결하여 부드러운 움직임을 얻을 수 있음은 물론 스프링의 강성을 간단하게 제어할 수 있는 가변 강성 구동기를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한,

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 대상을 움직이기 위한 구동력을 발생하는 구동모터와; 대상이 연결된 출력측과 상기 구동모터가 연결된 입력측 사이에 판 스프링이 개재되어 입력측의 움직임이 판 스프링을 통해 출력측으로 전달되도록 함과 아울러 상기 판 스프링의 강성을 조절할 수 있는 강성조절모듈;을 포함하고, 상기 강성조절모듈은 입력측과 출력측 중 어느 일측에 상기 판 스프링의 길이 방향으로 이동 가능하게 설치되며 위치에 따라 상기 판 스프링의 강성이 변회되도록 하는 강성조절기를 구비한 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 가변 강성 구동기에 따르면, 상기 구동모터는 하모닉 드라이브 구조의 감속기를 개재하여 입력측에 연결된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 가변 강성 구동기에 따르면, 상기 강성조절모듈은 상기 구동모터에 연결되어 회전되는 입력 디스크와, 대상에 연결되며 상기 입력 디스크에 연동하여 회전되는 출력 디스크와, 상기 입력 디스크와 출력 디스크 사이에 개재되어 입력 디스크의 회전력을 출력 디스크로 전달하며 상기 강성조절기의 위치에 따라 강성이 변화되는 판 스프링을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 가변 강성 구동기에 따르면, 상기 강성조절기는 출력 디스크에 형성된 가이드 홈에 삽입되고 일측 단부가 상기 판 스프링에 연결되어 상기 가이드 홈을 따라 이동하면서 판 스프링의 강성을 조절하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 가변 강성 구동기에 따르면, 상기 강성조절모듈은 구동모터에 연결된 입력 디스크에 결합되어 일체로 회전되는 원통 형상의 전방 하우징과, 중앙 부분에 상기 출력 디스크에 연결된 출력축이 회전 가능하게 삽입되고 상기 전방 하우징에 일체로 결합되어 상기 입력 디스크와 동시에 회전하는 메인 하우징과, 상기 출력 디스크에 결합되고 상기 메인 하우징의 후방에 위치되는 원통 형상의 후방 하우징과, 상기 메인 하우징의 후방에서 상기 출력축에 결합되어 상기 메인 하우징의 회전력을 출력축으로 전달하는 판 스프링과, 상기 출력축의 양측에서 상기 판 스프링에 결합되며 상기 메인 하우징에 형성된 가이드 홈에 삽입되어 반경 방향으로 이동하면서 상기 판 스프링의 강성을 조절하는 강성조절노브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 가변 강성 구동기에 따르면, 상기 강성조절모듈은 상기 강성조절노브의 위치를 전동 제어하는 전동 제어부를 포함하고,

상기 전동 제어부는 모터 브래킷에 의해 상기 메인 하우징에 고정되는 강성조절모터와, 상기 메인 하우징에 회전 가능하게 설치되며 좌우 양측에 각각 반대 방향의 나사산이 형성된 스크류 샤프트와, 상기 강성조절모터의 구동풀리에 벨트로 연결되며 상기 스크류 샤프트의 중심 부분에 설치되는 종동풀리와, 일측면에 상기 스크류 샤프트에 나사 결합되는 스크류 결합부가 형성되고 타측면에 상기 강성조절노브가 결합되는 보스부가 형성되어 상기 스크류 샤프트의 회전에 따라 상기 강성조절노브의 위치가 변화되도록 하는 강성조절구를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 가변 강성 구동기에 따르면, 상기 전동 제어부는 스크류 샤프트의 상하 양측에 각각 설치되며 상기 강성조절구가 연결되는 한 쌍의 가이드 블록이 슬라이딩 가능하게 결합되어 상기 강성조절구의 직선 이동을 안내하는 한 쌍의 가이드 레일을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 가변 강성 구동기는 구동모터에 의해 작동되는 입력측의 움직임을 출력측으로 전달함에 있어서 판 스프링을 사용함으로써 출력측에 가해지는 충격을 완화시킬 수 있고 강성조절모듈을 이용한 판 스프링의 강성 조절을 통해 출력측의 움직임을 제어할 수 있는 효과가 있다.

또, 본 발명의 가변 강성 구동기에 따르면, 감속기를 개재하여 구동모터와 강성조절모듈이 연결되므로 구동모터에 의한 급격한 움직임이 강성조절모듈에 직접 전달되는 것이 방지되는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 가변 강성 구동기에 따르면, 간단한 구조의 강성조절기를 이용하여 입력 디스크와 출력 디스크를 연결하는 판 스프링의 강성을 조절할 수 있어 비용이 절감되는 효과가 있다.

또, 본 발명의 가변 강성 구동기에 따르면, 메인 하우징의 후방으로 돌출된 강성조절노브를 이용하여 판 스프링의 강성을 조절함으로써 판 스프링을 통해 전달되는 입력 디스크의 움직임이 출력 디스크로 전달되는 정도를 제어할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 가변 강성 구동기에 따르면, 전동 제어부를 이용하여 판 스프링의 강성을 자동으로 조절할 수 있고, 볼 스크류 구조를 이용하여 강성조절노브의 위치를 제어함으로써 판 스프링의 강성을 정밀하게 조절할 수 있게 되는 효과가 있다.

또, 본 발명의 가변 강성 구동기에 따르면, 가이드 레일을 이용하여 강성조절구가 흔들리지 않도록 함으로써 판 스프링의 강성을 정확하게 조절할 수 있게 되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 가변 강성 구동기의 개념도.
도 2는 본 발명의 요부 구성인 강성조절모듈의 개념도.
도 3은 도 2의 강성조절모듈의 배면도.
도 4는 본 발명의 요부 구성인 강성조절모듈의 다른 예가 도시된 사시도.
도 5는 도 4의 강성조절모듈의 분해 사시도.
도 6은 도 4의 강성조절모듈의 배면 사시도.
도 7은 본 발명의 가변 강성 구동기의 적용 위치를 나타낸 참고도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 가변 강성 구동기를 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 가변 강성 구동기는 도 1에 도시된 바와 같이, 대상(35)을 움직이기 위한 구동력을 발생하는 구동모터(30)와; 대상(35)이 연결된 출력측과 상기 구동모터(30)가 연결된 입력측 사이에 판 스프링(15)이 개재되어 입력측의 움직임이 판 스프링(15)을 통해 출력측으로 전달되도록 함과 아울러 상기 판 스프링(15)의 강성을 조절할 수 있는 강성조절모듈(10)과; 상기 강성조절모듈(10)은 입력측과 출력측 중 어느 일측에 상기 판 스프링(15)의 길이 방향으로 이동 가능하게 설치되며 위치에 따라 상기 판 스프링(15)의 강성이 변회되도록 하는 강성조절기(16);를 포함하여 이루어진다.

이때, 상기 구동모터(30)는 하모닉 드라이브 구조의 감속기(31)를 개재하여 입력측에 연결되는 것이 바람직하다. 그리고, 도 1에서는 판 스프링(16)이 태엽 구조로 도시되어 있으나, 이는 탄성력을 표시하기 위한 것일 뿐 태엽 스프링을 의미하는 것은 아니다.

상기 강성조절모듈(10)은 도 2와 3에 도시된 바와 같이, 상기 구동모터(30)에 연결되어 회전되는 입력 디스크(11)와, 대상(35)에 연결되며 상기 입력 디스크(11)에 연동하여 회전되는 출력 디스크(12)와, 상기 입력 디스크(11)와 출력 디스크(12) 사이에 개재되어 입력 디스크(11)의 회전력을 출력 디스크(12)로 전달하며 상기 강성조절기(16)의 위치에 따라 강성이 변화되는 판 스프링(15)으로 구성된다.

이때, 상기 강성조절기(16)는 출력 디스크(12)에 형성된 가이드 홈(12')에 삽입되고 일측 단부가 상기 판 스프링(15)에 연결되어 상기 가이드 홈(12')을 따라 이동하면서 판 스프링(15)의 강성을 조절하게 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 가변 강성 구동기는 대상을 움직이기 위하여 구동모터를 작동시켰을 때 입력측의 움직임이 가변 스프링을 개재하여 출력측으로 전달됨으로써 대상이 부드럽게 움직이도록 하며, 강성 조절기를 이용하여 가변 스프링의 강성을 조절함으로써 대상의 속도를 제어하게 된다.

즉, 저속으로 움직이면서 정밀한 움직임이 필요한 경우에는 강성조절기를 중심 방향으로 이동시켜 판 스프링의 강성을 크게 하고, 고속으로 움직이면서 그 정밀도가 요구되지 않고 부드러운 움직임이 요구되는 경우에는 강성조절기를 반경 방향으로 이동시켜 판 스프링의 강성을 작게 하는 것이다.

이상에서는 강성조절모듈의 작동 개념에 대하여 설명하였으나, 다음과 같이 구체화할 수도 있다.

다시 말해서, 상기 강성조절모듈(10)은 도 4 내지 6에 도시된 바와 같이, 구동모터(30)에 연결된 입력 디스크(11)에 결합되어 일체로 회전되는 원통 형상의 전방 하우징(13)과, 중앙 부분에 상기 출력 디스크(12)에 연결된 출력축(12")이 회전 가능하게 삽입되고 상기 전방 하우징(13)에 일체로 결합되어 상기 입력 디스크(11)와 동시에 회전하는 메인 하우징(14)과, 상기 출력 디스크(12)에 결합되고 상기 메인 하우징(13)의 후방에 위치되는 원통 형상의 후방 하우징(18)과, 상기 메인 하우징(14)의 후방에서 상기 출력축(12")에 결합되어 상기 메인 하우징(14)의 회전력을 출력축(12")으로 전달하는 판 스프링(15)과, 상기 출력축(12")의 양측에서 상기 판 스프링(15)에 결합되며 상기 메인 하우징(14)에 형성된 가이드 홈(14')에 삽입되어 반경 방향으로 이동하면서 상기 판 스프링(15)의 강성을 조절하는 강성조절노브(17)를 포함하여 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 강성조절모듈(10)은 상기 강성조절노브(17)의 위치를 전동 제어하는 전동 제어부(20)를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 전동 제어부(20)는 모터 브래킷(22)에 의해 상기 메인 하우징(14)에 고정되는 강성조절모터(21)와, 상기 메인 하우징(14)에 회전 가능하게 설치되며 좌우 양측에 각각 반대 방향의 나사산이 형성된 스크류 샤프트(25)와, 상기 강성조절모터(21)의 구동풀리(23)에 벨트로 연결되며 상기 스크류 샤프트(25)의 중심 부분에 설치되는 종동풀리(24)와, 일측면에 상기 스크류 샤프트(25)에 나사 결합되는 스크류 결합부(26a)가 형성되고 타측면에 상기 강성조절노브(17)가 결합되는 보스부(26b)가 형성되어 상기 스크류 샤프트(25)의 회전에 따라 상기 강성조절노브(17)의 위치가 변화되도록 하는 강성조절구(26)와, 상기 스크류 샤프트(25)의 상하 양측에 각각 설치되며 상기 강성조절구(26)가 연결되는 한 쌍의 가이드 블록(28)이 슬라이딩 가능하게 결합되어 상기 강성조절구(26)의 직선 이동을 안내하는 한 쌍의 가이드 레일(27)을 포함하여 이루어진다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 가변 강성 구동기는 자동 또는 수동으로 작동하는 되는 강성조절모듈을 이용하여 입력 디스크와 출력 디스크 사이에 개재되는 판 스프링의 강성을 제어함으로써 출력 디스크의 움직임 정도를 조절한다. 이때, 전동 제어부의 강성조절모터를 이용하면 판 스프링의 강성을 자동으로 조절할 수 있다. 만약, 전동 제어부에 이상이 있는 경우에는 강성조절노브와 강성조절구 사이의 연결을 해제하고 강성조절노브를 수동으로 조작하여 판 스프링의 강성을 조절할 수도 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 가변 강성 구동기는 도 7에 도시된 바와 같이, 하지 재활 환자의 하지에 설치된 외골격 로봇(R)의 고관절 부위(A) 또는 슬관절 부위(B)에 적용됨으로써 하지 재활 운동을 도울 수 있다.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 몇 가지 실시 예들과 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 특허청구범위에 기재된 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

본 발명의 가변 강성 구동기는 로봇 산업 분야에 적용이 가능하다.

통상적으로 산업용 로봇들은 높은 강성에 의해 구동되는 무거운 기계로서, 충돌 시 심각한 손상을 가져올 수 있어 충돌을 허용하지 않으며, 안전성을 이유로 이러한 장치들은 사람들이 없는 공간에 설치되고 있다. 그런데, 경우에 따라 로봇과 사람이 함께 작업하는 것이 필요할 수 있고, 이 경우에는 컴플라이언스한 조인트를 구비한 안전한 로봇이 사용되고 있다. 하지만, 컴플라이언스한 조인트를 가지게 되면, 툴 중심점을 정확한 위치에 놓거나 궤적을 정확하게 추종하기가 쉽지 않다. 이러한 경우에 본 발명의 가변 강성 구동기를 적용하게 되면, 물체를 잡거나 놓을 때와 같이 저속에서 정밀한 위치 이동 중에는 높은 강성으로 동작하고, 한 위치에서 다른 위치로 이동하는 경우와 같이 고속으로 움직이고 위치가 중요하지 않을 때에는 낮은 강성으로 동작하도록 할 수 있다.

또, 본 발명의 가변 강성 구동기는 유아용 로봇 장난감 산업 분야에도 적용할 수 있다.

대부분의 로봇 장난감들은 높은 강성을 가지는 전기식 드라이브로 구동되는데, 이러한 강직한 운동은 부자연스러운 이동과 상호작용을 나타내고, 아이들이 로봇 장난감을 가지고 놀 때 원하는 모션을 정확하게 나타내지 못하고 다른 모션을 취하게 되는 문제점이 있다. 이러한 경우에 본 발명의 가변 강성 구동기를 적용하게 되면, 로봇 장난감이 정확한 모션을 나타내도록 할 수 있으며, 구동 과정에서의 손상을 방지할 수 있고 장난감들에게 더욱 자연스러운 느낌을 제공할 수 있다. 그리고 조인트 강성을 높임으로써 화가 난 느낌을 주고, 강성을 낮게 함으로써 피로한 느낌을 주는 것과 같이, 조절 가능한 컴플라이언스는 감정을 증폭시키는 데에도 사용될 수 있다.

또한, 본 발명의 가변 강성 구동기는 보행 재활에 사용되는 재활 로봇 분야에도 적용이 가능하다.

하반신 마비 환자와 뇌졸증 환자들이 사용하고 있는 대부분의 재활 로봇은 보행 패턴을 환자의 다리에 인가하고 있는데, 이들 환자들은 심각한 경련으로 고통을 받는 경우가 많다. 따라서, 강성이 높은 구동기를 사용하게 되면 경련에 의해 야기되는 원치 않는 동작에 의해 구동기가 큰 힘을 발생하도록 할 수 있고 이는 다리에 손상을 야기하는 문제가 발생한다. 따라서, 본 발명의 가변 강성 구동기와 같은 컴플라이언스를 구동 시스템에 추가한다면 큰 위치 오차를 자연스럽게 흡수함으로써, 시스템의 손상을 방지하고 환자의 안전을 보장할 수 있게 된다. 구체적으로 재활 초기 과정에서 안전을 위해 상대적으로 낮은 강성이 좋을 적용하고, 환자가 자신의 다리를 제어하는 수준이 회복될 때 강성을 점진적으로 상승시키게 되는 것이다.

10...가변강성모듈
11...입력 디스크
12...출력 디스크
12'...가이드 홈
12"...출력축
13...전방 하우징
14...메인 하우징
14'...가이드 홈
15...판 스프링
16...강성조절기
17...강성조절노브
18...후방 하우징
20...전동 제어부
21...강성조절모터
22...모터 브래킷
23...구동풀리
24...종동풀리
25...스크류 샤프트
26...강성조절구
26a...스크류 결합부
26b...보스부
27...가이드 레일
28...가이드 블록
30...구동모터
31...감속기
35...대상
A...고관절 부위
B...슬관절 부위
R...외골격 로봇

Claims

대상(35)을 움직이기 위한 구동력을 발생하는 구동모터(30)와;
대상(35)이 연결된 출력측과 상기 구동모터(30)가 연결된 입력측 사이에 판 스프링(15)이 개재되어 입력측의 움직임이 판 스프링(15)을 통해 출력측으로 전달되도록 함과 아울러 상기 판 스프링(15)의 강성을 조절할 수 있는 강성조절모듈(10);을 포함하고,
상기 강성조절모듈(10)은 입력측과 출력측 중 어느 일측에 상기 판 스프링(15)의 길이 방향으로 이동 가능하게 설치되며 위치에 따라 상기 판 스프링(15)의 강성이 변회되도록 하는 강성조절기(16)를 구비한 것을 특징으로 하는 가변 강성 구동기.
제1항에 있어서,
상기 구동모터(30)는 하모닉 드라이브 구조의 감속기(31)를 개재하여 입력측에 연결된 것을 특징으로 하는 가변 강성 구동기.
제1항에 있어서,
상기 강성조절모듈(10)은 상기 구동모터(30)에 연결되어 회전되는 입력 디스크(11)와, 대상(35)에 연결되며 상기 입력 디스크(11)에 연동하여 회전되는 출력 디스크(12)와, 상기 입력 디스크(11)와 출력 디스크(12) 사이에 개재되어 입력 디스크(11)의 회전력을 출력 디스크(12)로 전달하며 상기 강성조절기(16)의 위치에 따라 강성이 변화되는 판 스프링(15)을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 강성 구동기.
제3항에 있어서,
상기 강성조절기(16)는 출력 디스크(12)에 형성된 가이드 홈(12')에 삽입되고 일측 단부가 상기 판 스프링(15)에 연결되어 상기 가이드 홈(12')을 따라 이동하면서 판 스프링(15)의 강성을 조절하는 것을 특징으로 하는 가변 강성 구동기.
제1항에 있어서,
상기 강성조절모듈(10)은 구동모터(30)에 연결된 입력 디스크(11)에 결합되어 일체로 회전되는 원통 형상의 전방 하우징(13)과, 중앙 부분에 상기 출력 디스크(12)에 연결된 출력축(12")이 회전 가능하게 삽입되고 상기 전방 하우징(13)에 일체로 결합되어 상기 입력 디스크(11)와 동시에 회전하는 메인 하우징(14)과, 상기 출력 디스크(12)에 결합되고 상기 메인 하우징(13)의 후방에 위치되는 원통 형상의 후방 하우징(18)과, 상기 메인 하우징(14)의 후방에서 상기 출력축(12")에 결합되어 상기 메인 하우징(14)의 회전력을 출력축(12")으로 전달하는 판 스프링(15)과, 상기 출력축(12")의 양측에서 상기 판 스프링(15)에 결합되며 상기 메인 하우징(14)에 형성된 가이드 홈(14')에 삽입되어 반경 방향으로 이동하면서 상기 판 스프링(15)의 강성을 조절하는 강성조절노브(17)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 강성 구동기.
제5항에 있어서,
상기 강성조절모듈(10)은 상기 강성조절노브(17)의 위치를 전동 제어하는 전동 제어부(20)를 포함하고,
상기 전동 제어부(20)는 모터 브래킷(22)에 의해 상기 메인 하우징(14)에 고정되는 강성조절모터(21)와, 상기 메인 하우징(14)에 회전 가능하게 설치되며 좌우 양측에 각각 반대 방향의 나사산이 형성된 스크류 샤프트(25)와, 상기 강성조절모터(21)의 구동풀리(23)에 벨트로 연결되며 상기 스크류 샤프트(25)의 중심 부분에 설치되는 종동풀리(24)와, 일측면에 상기 스크류 샤프트(25)에 나사 결합되는 스크류 결합부(26a)가 형성되고 타측면에 상기 강성조절노브(17)가 결합되는 보스부(26b)가 형성되어 상기 스크류 샤프트(25)의 회전에 따라 상기 강성조절노브(17)의 위치가 변화되도록 하는 강성조절구(26)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 강성 구동기.
제6항에 있어서,
상기 전동 제어부(20)는 스크류 샤프트(25)의 상하 양측에 각각 설치되며 상기 강성조절구(26)가 연결되는 한 쌍의 가이드 블록(28)이 슬라이딩 가능하게 결합되어 상기 강성조절구(26)의 직선 이동을 안내하는 한 쌍의 가이드 레일(27)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 강성 구동기.