KR101528042B1 - 복합선형구동장치 - Google Patents

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KR101528042B1
KR101528042B1 KR1020130123220A KR20130123220A KR101528042B1 KR 101528042 B1 KR101528042 B1 KR 101528042B1 KR 1020130123220 A KR1020130123220 A KR 1020130123220A KR 20130123220 A KR20130123220 A KR 20130123220A KR 101528042 B1 KR101528042 B1 KR 101528042B1
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한경룡
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Abstract

본 발명은 유체의 압력에 의해 선형적 구동력을 제공하는 유압식 구동부; 전기에너지에 의해 모터를 구동하여 선형적 구동력을 제공하는 전기식 구동부; 및, 상기 유압식 구동부와, 상기 전기식 구동부의 동작을 동시에 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 유압식 구동부와 상기 전기식 구동부가 함께 구동되어 구동력을 제공하고,상기 유압식 구동부는, 본체를 형성하는 중공의 실린더와, 상기 실린더에 유압을 제공하는 유압펌프, 상기 유압펌프에 의해 제공된 유체의 압력에 의해 선형적 구동력을 제공하는 피스톤을 포함하고, 상기 전기식 구동부는, 본체를 형성하는 중공의 바디부와, 상기 바디부의 일측에 제공되어 회전력을 제공하는 구동모터와, 상기 구동모터의 회전축에 연결되어 축방향의 회전력을 전달하는 기어부 및 상기 기어부의 축방향의 회전력에 의해 선형적 구동력으로 제공하는 스크류부재를 포함하며, 상기 유압식 구동부와 상기 전기식 구동부는 상호 반대방향으로 선형적인 구동력을 제공하고, 상기 제어부는, 구동 시작시에는 상기 유압식 구동부와 상기 전기식 구동부를 동시에 구동되도록 제어하고, 구동 정지시에는 상기 전기식 구동부가 역방향으로 동작하도록 제어하여 상기 유압식 구동부의 뒤쳐짐현상을 보상하여 사용자가 원하는 위치에 정확하게 구동정지되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 복합선형구동장치를 제공한다.

Description

복합선형구동장치{COMPLEX LINEAR DRIVING APPARATUS}
본 발명은 복합선형구동장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유압식 구동부와 상기 전기식 구동부가 함께 구동되어 구동력을 제공받음으로써, 작업자가 원하는 방향, 위치 및 속도로 정확하게 반응할 수 있으면서도, 충분한 구동력을 발휘할 수 있는 복합선형구동장치에 관한 것이다.
근력지원로봇은 작업자와 로봇의 협업 과정을 통하여 많은 근력이 요하는 작업 과정에 있어 부족한 근력을 보완하고 작업자의 안전을 유지할 수 있는 장치이다. 외골격 형태의 프레임을 가지고 있는 근력지원로봇은 작업자가 입을 수 있는 형태로 구성되어 있다. 즉, 로봇을 입은 상태에서 작업자의 동작과 같은 움직임을 구현하며 작업자가 원하는 방향과 크기의 힘을 보조하는 장치이다.
근력지원로봇은 제철소의 전로 축조 과정에서 유용하게 활용될 수 있다. 전로의 내화물을 축조하는 과정에는 25 ~ 70Kg 중량의 다수의 내화물이 전로의 벽면에 사용된다. 전로의 축조작업은 크게 바닥부, 벽체부, 그리고 Cone부의 3가지의 부위로 나누어진다.
전로의 바닥부와 벽체부는 내화물 축조기를 이용하여 내화물을 이동시켜 수월하게 쌓을 수 있지만, 전로의 벽체가 좁아지는 Cone부에서는 축조기와 전로의 벽체 사이에 간섭이 발생하기 때문에 축조기를 사용할 수 없다. 그래서 작업자들이 직접 내화물을 들고 나르며 축조를 하고 있는 실정이고, 수 천개의 내화물을 나르는 작업을 거치는 동안 작업자들에게 근골격계의 질환이 발생할 수 있는 문제점이 있다.
특히, 근력지원로봇을 전로 Cone부 축조에 적용하면 축조기를 적용할 수 없는 Cone부에서 내화물을 축조하는 작업자의 근력을 유용하게 보조할 수 있다.
근력지원로봇은 무거운 물체를 들어올려 작업하는 사람들의 부하를 경감할 수 있는 장치이다. 작업자에게 부가되는 하중을 경감시키기 위하여 근력지원로봇 자체에서 높은 하중을 지지할 수 있어야 한다.
즉, 로봇 시스템은 로봇 프레임 자체 자중을 견딜 수 있는 힘뿐만 아니라 로봇에 더해지는 하중의 무게를 들어올릴 수 있는 힘을 제어할 수 있어야 한다. 하지만, 상기에 설명하였듯이 근력지원로봇에 설치되는 구동장치의 출력특성과 로봇 프레임의 중량에는 상관관계가 존재하기 때문에 전기식 동력장치만을 이용해서는 가벼운 프레임에서 높은 출력을 얻기 힘든 문제점이 있다.
전기식 모터 구동장치는 빠른 응답특성을 가지고 정밀한 위치제어, 일정한 속도제어를 할 수 있는 반면에 큰 힘과 빠른 속도, 그리고 넓은 범위의 이동 변위를 제공하는데 그 한계가 있는 문제점이 있다.
유압식 구동장치는 빠른 속도, 큰 이동 변위, 그리고 큰 힘을 제공할 수 있는 반면에 정밀한 위치 및 속도제어가 불가능하고 시간 지연이 발생하는 문제점이 있다.
또한, 로봇 프레임 각 관절에 설치된 구동장치는 근력지원로봇을 착용한 작업자가 움직임을 발생하여 그 신호를 센서에 전달하면 즉각적으로 반응하여 원하는 움직임에 대응해야 한다.
이때, 구동장치의 움직임은 작업자가 원하는 방향과 위치, 속도에 정확하게 반응하여 구현되어야 한다. 하지만, 무거운 중량을 지지하면서 사람이 움직이는 속도와 각 관절의 움직임을 추종하기는 매우 어렵다. 각 구동장치 또한 그 에너지의 공급원과 공급 방식에 따라 각기 다른 특성을 가지고 있어 어느 한가지의 구동장치만을 사용하여 사람의 움직임을 추종하는 것은 매우 힘든 문제점이 있다.
또한, 모터를 사용하는 근력지원로봇은 각 관절에 모터를 사용한 동적 출력장치를 설치함으로써 로봇 프레임의 움직임을 제어한다. 큰 힘을 발생시키기 위해서는 큰 사이즈의 모터 사용이 필수 불가결하다. 하지만, 큰 사이즈의 모터를 사용하면 그에 비례하여 로봇 프레임의 전체적인 중량이 증가하기 때문에 움직임을 제어하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명의 종래기술로는 "한국공개특허공보 2012-0130976호(로봇용 관절장치, 2012.12.04 공개)"가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 선형구동장치에서 발생되는 요구 또는 문제들 중 적어도 어느 하나를 인식하여 이루어진 것이다.
본 발명은 일 측면으로서, 전기식 구동장치와 공압식의 구동장치를 복합적으로 사용한 복합 선형 구동장치를 활용하여, 전기식과 공압식의 두 가지의 에너지원으로부터 동력을 공급받아 서로 동시에 구동력을 제공함으로써, 각 장치가 가지고 있는 장점을 부각시키고, 단점을 상호 보완할 수 있는 복합 선형구동장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 일 측면으로서, 복합적인 에너지원을 활용하여 근력지원로봇을 착용한 작업자가 원하는 방향, 위치 및 속도로 정확하게 반응할 수 있으면서도, 충분한 구동력을 발휘할 수 있는 복합 선형구동장치를 제공하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 일 측면으로서, 본 발명은 유체의 압력에 의해 선형적 구동력을 제공하는 유압식 구동부; 전기에너지에 의해 모터를 구동하여 선형적 구동력을 제공하는 전기식 구동부; 및, 상기 유압식 구동부와, 상기 전기식 구동부의 동작을 동시에 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 유압식 구동부와 상기 전기식 구동부가 함께 구동되어 구동력을 제공하고,상기 유압식 구동부는, 본체를 형성하는 중공의 실린더와, 상기 실린더에 유압을 제공하는 유압펌프, 상기 유압펌프에 의해 제공된 유체의 압력에 의해 선형적 구동력을 제공하는 피스톤을 포함하고, 상기 전기식 구동부는, 본체를 형성하는 중공의 바디부와, 상기 바디부의 일측에 제공되어 회전력을 제공하는 구동모터와, 상기 구동모터의 회전축에 연결되어 축방향의 회전력을 전달하는 기어부 및 상기 기어부의 축방향의 회전력에 의해 선형적 구동력으로 제공하는 스크류부재를 포함하며, 상기 유압식 구동부와 상기 전기식 구동부는 상호 반대방향으로 선형적인 구동력을 제공하고, 상기 제어부는, 구동 시작시에는 상기 유압식 구동부와 상기 전기식 구동부를 동시에 구동되도록 제어하고, 구동 정지시에는 상기 전기식 구동부가 역방향으로 동작하도록 제어하여 상기 유압식 구동부의 뒤쳐짐현상을 보상하여 사용자가 원하는 위치에 정확하게 구동정지되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 복합선형구동장치를 제공한다.
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바람직하게, 상기 스크류부재는 상기 바디부의 내부에 설치되어, 상기 기어부로부터 전달된 축방향의 회전력이 전달되어 회전하는 볼스크류와, 상기 볼스크류의 회전력에 의해 선형적 구동력을 제공하는 스크류봉을 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 전기식 구동부는 상기 구동모터와 상기 기어부의 사이에 구비되어, 상기 구동모터의 회전력을 감속하여 상기 기어부로 전달하는 감속장치를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 유압식 구동부는 공기의 압력에 의해 선형적 구동력을 제공하는 공압식 구동부로 구비될 수 있다.
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이상에서와 같은 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전기식 구동장치의 단점을 유압식 구동장치가 보완하고, 공압식 구동장치의 단점을 전기식 구동장치의 장점을 이용하여 보완할 수 있어, 정밀한 위치 및 속도제어가 가능하고, 동시에 큰 힘과 넓은 범위의 위치를 이동할 수 있는 복합 선형구동장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 공압식 구동부의 동적 뒤처짐 현상을 전기식 구동부에 의해 보완하여, 사용자가 원하는 위치에 정확히 멈출 수 있는 정밀한 제어가 가능한 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 전기식 구동부는 상기 구동모터와 상기 기어부의 사이에 구비되어, 상기 구동모터의 회전력을 감속하여 상기 기어부로 전달하는 감속장치에 의해 제공된 감속비에 의해 큰 구동력을 확보할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 유압식 구동부를 공기의 압력에 의해 선형적 구동력을 제공하는 공압식 구동부로 구성함으로써, 공압식 구동부에 구동력을 제공하는 유체인 공기의 경량성으로 인해 복합선형구동장치의 전체적인 중량이 증가하지 않으면서도 큰 구동력을 확보할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 유압식 구동부와 상기 전기식 구동부는 상호 반대방향으로 선형적 구동력을 제공함으로써, 양 구동부에 의해 동시에 구동력을 제공받을 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 유압식 구동부와, 상기 전기식 구동부의 동작을 동시에 제어하는 제어부의 구성을 더 포함함으로써, 상기 유압식 구동부의 구동에 의해 상기 전기식 구동부에 비해 높은 구동력과 구동범위가 제공되고, 상기 전기식 구동부의 구동에 의해 상기 유압식 구동부에 비해 빠른 반응속도를 가지고 정밀하게 제어될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 단일의 구동수단을 활용한 선형구동장치를 포함하는 근력지원로봇을 도시한 도면이다.
도 2은 본 발명의 복합선형구동장치가 적용된 다리프레임의 일 예를 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 다리프레임이 접힌 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 유압식 구동부의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 전기식 구동부의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합선형구동장치의 사시도이다.
도 7(a)는 본 발명의 전기식 구동부에 의한 구동장치의 동작특성을 도시한 도면이다.
도 7(b)는 본 발명의 유압식 구동부에 의한 구동장치의 동작특성을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 유압식 구동부와 전기식 구동부가 함께 구동되는 복합선형구동장치의 동작특성을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합선형구동장치의 구동정지시의 전기식 구동부의 역동작에 의한 유압식 구동부의 뒤쳐짐현상의 보상을 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 복합선형구동장치에 관하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 근력지원로봇(R)의 전체적인 개념도를 도시한다. 20 ~50 Kg 중량의 전로 Cone부 내화물을 흡착하여 이송하기 위해서 근력지원로봇(R)의 하지부 무릎과 고관절 부위에 구동장치의 높은 출력이 요구된다. 하지만, 전기식 구동장치만으로는 관절 프레임에 부가되는 높은 하중을 견뎌내기 힘들다.
도 2 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 복합선형구동장치(10)는 유압식 구동부(100), 전기식 구동부(200)를 포함할 수 있다.
도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 복합선형구동장치(10)는 유체의 압력에 의해 선형적 구동력을 제공하는 유압식 구동부(100)와, 전기에너지에 의해 모터를 구동하여 선형적 구동력을 제공하는 전기식 구동부(200)를 포함할 수 있고, 유압식 구동부(100)와 상기 전기식 구동부(200)가 함께 구동되어 구동력을 제공받을 수 있다.
유압식 구동부(100)는 유체의 압력에 의해 선형적 구동력을 제공하는 구동부로서, 유압식 구동부(100)에 의해 제공되는 유체에는 공기와 같은 기체와 물과 같은 유체가 모두 포함될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 유압식 구동부(100)는 본체를 형성하는 중공의 실린더(110)와, 상기 실린더(110)에 유압을 제공하는 유압펌프(120), 상기 유압펌프(120)에 의해 제공된 유체의 압력에 의해 선형적 구동력을 제공하는 피스톤(130)을 포함할 수 있다.
유압식 구동부(100)는 유압펌프(120)에 의해 실린더(110)에 제공된 유체의 압력에 의해 피스톤(130)이 실린더(110)에 선형적 구동력을 제공할 수 있고, 구동력의 크기는 유압펌프(120)에 의해 제공되는 유체의 압력에 따라 가변될 수 있다.
또한, 유압식 구동부(100)가 제공하는 구동력은 실린더(110)의 단면적에 비례하는바, 원하는 구동력의 크기에 따라, 다양한 크기와 단면적을 가지는 실린더(110)가 선택적으로 사용될 수 있다.
유압식 구동부(100)의 외부에는 유압펌프(120)에서 공급되는 유압을 조절하는 솔레노이드 밸브가 설치되어 실린더(110)에 공급되는 유체의 압력을 제어하여 피스톤(130)의 구동력을 조절할 수 있다.
유압식 구동부(100)는 공기의 압력에 의해 선형적 구동력을 제공하는 공압식 구동부로 구비될 수 있다. 이 경우, 공압식 구동부에 구동력을 제공하는 유체인 공기의 경량성으로 인해 복합선형구동장치(10)의 전체적인 중량이 증가하지 않으면서도 큰 구동력을 확보할 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 유압식 구동부(100)는 한쪽 방향으로만 힘을 전달하는 단동식으로 구성될 수 있고, 도면에 도시되지는 않았으나, 유압식 구동부(100)의 사용목적에 따라 양쪽 방향으로 힘을 전달하는 복동식으로 구성될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 전기식 구동부(200)는 본체를 형성하는 중공의 바디부(210)와, 상기 바디부(210)의 일측에 제공되어 회전력을 제공하는 구동모터(220)와, 상기 구동모터(220)의 회전축에 연결되어 축방향의 회전력을 전달하는 기어부(240) 및 상기 기어부(240)의 축방향의 회전력에 의해 선형적 구동력으로 제공하는 스크류부재(250)를 포함할 수 있다.
전기식 구동부(200)는 구동모터(220)에 의해 제공되는 축방향의 회전력이 상기 구동모터(220)의 회전축에 연결된 기어부(240)에 의해 전달되고, 상기 기어부(240)에 의해 전달된 회전력이 스크류부재(250)에 의해 선형적 구동력으로 전환되어 제공된다.
스크류부재(250)는 상기 바디부(210)의 내부에 설치되어, 상기 기어부(240)로부터 전달된 축방향의 회전력이 전달되어 회전하는 볼스크류(미도시)와, 상기 볼스크류(미도시)의 회전력에 의해 선형적 구동력을 제공하는 스크류봉(251)을 포함할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 전기에너지를 이용한 모터에서 발생한 고속의 회전력은 감속장치(230)를 거쳐 토크가 증가한다. 이는 기어부(240)를 통하여 스크류부재(250)에 동력이 전달되고, 기어부(240)를 통하여 전달된 동력은 바디부(210)의 내부에 설치된 볼스크류(미도시)에 전달되고, 이는 나사산이 파여있는 스크류봉(251)에 동력을 제공하여 스크류봉(251)에 선형적인 구동력을 제공한다.
도 2에는 유압식 구동부(100)와 전기식 구동부(200)가 최대한 수축되어 있는 모습이 도시되어 있고, 도 3에는 유압식 구동부(100)와 전기식 구동부(200)가 최대한 이완되어 있는 모습이 도시되어 있다.
도 2와 같이 유압식 구동부(100)와 전기식 구동부(200)가 최대한 수축되어 있는 상태에서, 도 3과 같이 유압식 구동부(100)와 전기식 구동부(200)가 최대한 이완되면서제1 프레임(F1)과제2 프레임(F2)에 동작할 수 있는 구동력을 전달할 수 있다.
더 상세하게는, 도 6에 도시된 바와 같이, 하기되는 제어부(미도시)에 의해서 실린더(110)의 내부로 유입되는 유체의 양이 조절되면 구동력이 제공되고, 피스톤(130)은 이완된다. 또한, 실린더(110)의 맞은편에 위치한 전기식 구동장치도 구동모터(220)의 회전력을 전달받아 스크류부재(250)를 피스톤(130)의 이완방향의 반대방향으로 이완시키면, 복합선형구동장치(10)가 양쪽으로 이완되는 움직임을 만들어 낼 수 있다.
일례로 이와 같은 움직임은 근력지원로봇(R)의 무릎 관절에서 사용될 수 있으며 복합 선형 구동장치가 이완되면 무릎 관절을 펼 수 있는 힘을 제공하는 것이다.
도 2 및 도 3은 복합선형구동장치(10)가 근력지원로봇(R)의 프레임에 적용된 모습을 도시한다.
근력지원로봇(R)의 다리 부분에 위치하는제1 프레임(F1)과제2 프레임(F2)이 연결된 링크부는 근력지원로봇(R)의 무릎관절을 나타낸다.제1 프레임(F1)은 허벅지에 대응되는 위치의 프레임이고,제2 프레임(F2)은 무릅관절 이하의 정강이에 대응되는 위치의 프레임이다.
도 2에 도시된 바와 같이,제1 프레임(F1)과제2 프레임(F2) 사이에 설치된 복합선형구동장치(10)가 이완하면 무릎관절은 작업자가 서 있는 자세와 같은 형태로 유지된다. 이 때, 유압식 구동부(100)와 전기식 구동부(200)는는 각각 반대방향으로 미는 힘을 제공한다.
도 3에 도시된 바와 같이,제1 프레임(F1)과제2 프레임(F2) 사이에 설치된 복합선형구동장치(10)가 수축하면 작업자가 무릅관절을 굽히고 있는 자세와 같은 형태로 유지된다.
도 3의 상태에서 도 2의 상태로 변화하면서 복합선형구동장치(10)가 이완하는 움직임을 만들어 내면서 유압식 구동부(100)와 전기식 구동부(200)는 각각 반대방향으로 미는 힘을 제공할 수 있고, 도 2의 상태에서 도 3의 상태로 변화하면, 복합선형구동장치(10)가 수축되는 움직임을 만들어내면서 무릅관절을 굽히는 움직임을 구현할 수 있다.
전기식 구동부(200)는 상기 구동모터(220)와 상기 기어부(240)의 사이에 구비되어, 상기 구동모터(220)의 회전력을 감속하여 상기 기어부(240)로 전달하는 감속장치(230)를 더 포함할 수 있다. 구동모터(220)의 제공된 회전력을 감속하여 상기 기어부(240)로 전달하는 감속장치(230)에 의해 제공된 감속비에 의해 전기식 구동부(200)는 큰 구동력을 확보할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 전기에너지를 이용한 모터에서 발생한 고속의 회전력은 감속장치(230)를 거쳐 토크가 증가한다. 이는 기어부(240)를 통하여 스크류부재(250)에 동력이 전달되고, 기어부(240)를 통하여 전달된 동력은 바디부(210)의 내부에 설치된 볼스크류(미도시)에 전달되고, 이는 나사산이 파여있는 스크류봉(251)에 동력을 제공하여 스크류봉(251)에 선형적인 구동력을 제공한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 유압식 구동부(100)와 상기 전기식 구동부(200)는 상호 반대방향으로 선형적 구동력을 제공하도록 구비될 수 있다. 이 경우, 유압식 구동부(100)와 상기 전기식 구동부(200)에 의해 상호 반대방향으로 선형적 구동력을 제공받음으로써, 양 구동부에 의해 동시에 구동력을 제공받을 수 있고, 양자의 단점을 상호 보완할 수 있다.
본 발명의 복합선형구동장치(10)는 상기 유압식 구동부(100)와, 상기 전기식 구동부(200)의 동작을 동시에 제어하는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
제어부(미도시)에 의해 유압식 구동부(100)의 구동에 의해 상기 전기식 구동부(200)에 비해 높은 구동력과 구동범위가 제공되고, 상기 전기식 구동부(200)의 구동에 의해 상기 유압식 구동부(100)에 비해 빠른 반응속도를 가지고 정밀하게 제어되도록 제어될 수 있다.
도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 제어부(미도시)는 상기 복합선형구동장치(10)의 구동시작시에는 상기 유압식 구동부(100)와 상기 전기식 구동부(200)를 동시에 구동되도록 제어하고, 상기 복합선형구동장치(10)의 구동정지시에는 상기 전기식 구동부(200)가 역방향으로 동작하도록 제어하여 상기 유압식 구동부(100)의 뒤쳐짐현상을 보상하여 사용자가 원하는 위치에 정확하게 구동정지되도록 제어될 수 있다.
이하에서는, 도 7 내지 도 9를 참조하여, 전기식 구동부(200)와 유압식 구동부(100)의 구동 특성에 대해서 설명한다.
도 7은 전기식 구동부(200)와 유압식 구동부(100)의 구동 특성을 도시한 도면이다.
도 7(a) 및 도 7 (b)를 참조하면, 복합선형구동장치(10)의 구동 시작시점에서 반응 속도가 빠른 전기식 구동부(200)가 먼저 선형적 움직임을 제공하고, 이어서 유압식 구동부(100)가 선형적 움직임을 제공하는 것을 알 수 있다.
도 7(b)는 전기에너지에 의한 모터의 구동을 기반으로 한 전기식 구동부(200)의 구동특성을 도시하고 있다. 모터는 센서에서 신호를 받는 순간 동작할 수 있는 빠른 동적 특성을 가지고 있다.
도 7(b)에서 보는 바와 같이, 시간(t)에 대한 볼스크류(미도시) 이동거리(d)가 지체현상 없이 바로 발생하는 것을 알 수 있다. 하지만, 볼스크류(미도시)를 통한 높은 감속을 하기 때문에 상대적으로 빠른 속도를 낼 수 없으며, 볼스크류(미도시)가 움직일 수 있는 길이도 짧다.
도 7(a)는 유압식 구동부(100)의 구동특성을 도시하고 있다. 유압식 구동부(100)는 전기식 구동부(200)와는 달리 유체의 압력을 이용하여 실린더(110)의 힘을 조절하고, 유체는 압축성을 가지기 때문에 같이 초기 구동시 뒤쳐짐현상이 발생한다. 하지만, 단위 시간당 전기식 구동부(200)에 비하여 큰 힘을 전달할 수 있고, 보다 먼 거리에 빠른 속도로 힘을 전달할 수 있는 장점을 가지고 있다.
더 자세하게는, 도 8 및 도 9는 유압식 구동부(100)와 전기식 구동부(200)를 복합 적용한 본 발명의 복합선형구동장치(10)의 구동 특성을 도시한 도면이다.
도 8 및 도 9에 도시된 A구간은 복합선형구동장치(10)의 구동시작시에 유압식 구동부(100)와 전기식 구동부(200)가 동시에 구동되나, 반응속도가 빠른 전기식 구동부(200)에 의해서만 선형적 구동력을 제공되는 구간이고, B구간은 복합선형구동장치(10)의 구동정지시에 유압식 구동부(100)의 뒤쳐짐현상으로 정지시점 이후에도 선형적 구동력이 제공되는 구간이다.
더 상세하게는, 도 9를 참조하면, 구동 시작시에 는 반응 속도가 빠른 전기식 구동부(200)가 먼저 움직임을 시작한다. 전기식 구동부(200)의 이동 거리가 짧고 이동속도가 상대적으로 느리기 때문에 유압식 구동부(100)가 작동을 하여 먼 거리를 빠르게 이동시킬 수 있다.
하지만, 도 9에 도시된 바와 같이, 유압식 구동부(100)는 동적 뒤쳐짐현상이 발생하기 때문에 사용자가 원하는 정지위치에서 정확하게 멈출 수가 없다. 따라서, 전기식 구동부(200)가 역으로 작동하여 유압식 구동부(100)의 움직임을 보상하여 사용자가 원하는 정치위치에서 정확하게 멈출 수 있게 된다.
먼저, 이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
10: 복합선형구동장치 100: 유압식 구동부
110: 실린더 120: 유압펌프
130: 피스톤 200: 전기식 구동부
210: 바디부 220: 구동모터
230: 감속장치 240: 기어부
250: 스크류부재 251: 스크류봉
F1: 제1 프레임 F2: 제2 프레임
R: 근력지원로봇

Claims (9)

  1. 유체의 압력에 의해 선형적 구동력을 제공하는 유압식 구동부;
    전기에너지에 의해 모터를 구동하여 선형적 구동력을 제공하는 전기식 구동부; 및,
    상기 유압식 구동부와, 상기 전기식 구동부의 동작을 동시에 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 유압식 구동부와 상기 전기식 구동부가 함께 구동되어 구동력을 제공하고,
    상기 유압식 구동부는,
    본체를 형성하는 중공의 실린더와, 상기 실린더에 유압을 제공하는 유압펌프, 상기 유압펌프에 의해 제공된 유체의 압력에 의해 선형적 구동력을 제공하는 피스톤을 포함하고,
    상기 전기식 구동부는,
    본체를 형성하는 중공의 바디부와, 상기 바디부의 일측에 제공되어 회전력을 제공하는 구동모터와, 상기 구동모터의 회전축에 연결되어 축방향의 회전력을 전달하는 기어부 및 상기 기어부의 축방향의 회전력에 의해 선형적 구동력으로 제공하는 스크류부재를 포함하며,
    상기 유압식 구동부와 상기 전기식 구동부는 상호 반대방향으로 선형적인 구동력을 제공하고,
    상기 제어부는,
    구동 시작시에는 상기 유압식 구동부와 상기 전기식 구동부를 동시에 구동되도록 제어하고,
    구동 정지시에는 상기 전기식 구동부가 역방향으로 동작하도록 제어하여 상기 유압식 구동부의 뒤쳐짐현상을 보상하여 사용자가 원하는 위치에 정확하게 구동정지되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 복합선형구동장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 스크류부재는,
    상기 바디부의 내부에 설치되어, 상기 기어부로부터 전달된 축방향의 회전력이 전달되어 회전하는 볼스크류와,
    상기 볼스크류의 회전력에 의해 선형적 구동력을 제공하는 스크류봉을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합선형구동장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전기식 구동부는,
    상기 구동모터와 상기 기어부의 사이에 구비되어, 상기 구동모터의 회전력을 감속하여 상기 기어부로 전달하는 감속장치를 더 포함하는 것을 특징으로 복합선형구동장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 유압식 구동부는,
    공기의 압력에 의해 선형적 구동력을 제공하는 공압식 구동부로 구비되는 것을 특징으로 하는 복합선형구동장치.
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