KR101632370B1

KR101632370B1 - 로봇 관절 모듈용 브레이크 장치

Info

Publication number: KR101632370B1
Application number: KR1020140059880A
Authority: KR
Inventors: 박성한; 임재식; 김동환; 장동혁; 이영철; 강필성; 이영진
Original assignee: 주식회사 오토파워
Priority date: 2014-03-25
Filing date: 2014-05-19
Publication date: 2016-06-21
Also published as: KR20150111253A

Abstract

본 발명은 로봇 관절 모듈용 브레이크 장치에 관한 것으로서, 로봇 관절 모듈 내의 공간상에서 차지하는 부피를 최소화하면서 결합 구조를 단순화하기 위한 본 발명의 실시예에 따르면, 일정 크기 이하로 소형화된 로봇의 관절 모듈 내부에서 감속기 및 엔코더와 함께 모터의 구동축에 축결합되는 것으로, 상기 구동축에 축결합하며, 방사상으로 돌출된 복수개의 걸림편이 형성된 플레이트와; 상기 플레이트와 일정 간격을 두고 로봇의 관절 내부에 고정되는 고정체와; 상기 고정체 내부에 매립되며, 정방향 또는 역방향 전류를 인가함에 따라 적어도 어느 한 방향의 자속을 배가 또는 감쇄시키는 래치타입 솔레노이드; 및 적어도 일부분이 상기 플레이트 방향으로 돌출되도록 상기 고정체 내부에 수용되며, 상기 래치타입 솔레노이드의 자속 변화에 의해 이동하여 상기 플레이트의 걸림편을 걸림 또는 걸림해제시키는 걸림돌기;를 포함하는 것을 기술적 요지로 한다. 이에 따른 본 발명의 실시예에 의하면, 구조적으로 단순한 형태로 구현되어 로봇 관절 내에서 차지하는 부피를 최소화할 수 있으며, 결합구조를 단순히 함으로써 제조비용을 절감할 수 있는 효과가 있다. 또한, 래치타입의 솔레노이드를 사용하여 구동 및 제동을 시작할 때에 전류를 한 번씩만 인가하면 되므로 발열을 방지하고 발열에 따른 흡인력 감소에 의한 오동작을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

로봇 관절 모듈용 브레이크 장치{Brake device for joint module of robot}

본 발명은 로봇 관절 모듈용 브레이크 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 래치타입 솔레노이드를 이용한 로봇 관절 모듈용 브레이크 장치에 관한 것이다.

근래 들어, 산업용 로봇 및 서비스용 로봇 등이 개발되어 여러 분야에서 용도에 맞게 사용되고 있다. 로봇은 단순 작업뿐만 아니라 고도의 작업까지도 정확하면서도 신속하게 수행할 수 있어 사용이 점점 증가하고 있다.

한편, 산업용 로봇의 관절 모듈은 모터와, 모터를 안정적으로 구동하기 위한 토크센서와, 브레이크 장치 등을 구비한다.

여기서 브레이크 장치는 이동하는 물체의 가감속을 제어하거나, 작동 정지시 로봇암의 위치를 유지하기 위해 기계식 브레이크가 필수적으로 사용되고 있다.

이러한 대부분의 브레이크 장치는 마찰 방식의 브레이크 패드를 이용하여 물체에 대한 브레이킹 동작을 수행한다. 즉 브레이킹 동작이 필요한 물체에 브레이크 패드를 기계적으로 접촉시키고, 이때 발생하는 마찰력을 이용하여 물체에 대한 브레이킹 동작을 수행한다.

그런데 마찰 방식의 브레이크 장치는 브레이킹을 수행하는 과정에서 미끄러지는 슬립 현상이 발생하기 때문에 비교적 정확하게 정지력 조절이 필요한 부분, 예컨대 로봇의 관절 등에 사용하기에는 한계가 있다. 이로 인해 기존의 마찰 방식의 브레이크 장치로는 비교적 정확하게 정지력 조절이 필요한 상황에서 사용할 수 없는 문제점이 있다.

상기한 문제점을 극복하기 위한 기술로 종래에 '대한민국 공개특허 제2013-0018599호'와 '등록특허 제1293497호'가 제안된 바 있다.

그러나, 공개특허 제2013-0018599호의 로봇 관절은 전자석, 압축코일, 브레이크판 등을 전자석에 통전하여 브레이크를 해제하는 방식으로 공간상 큰 부피를 차지하게 되므로 소형의 로봇 관절에는 채용하기 어려운 문제점이 있다.

또한, 등록특허 제1293497호는 공간상 부피를 상대적으로 적게 차지하는 장점은 있으나 구조가 복잡하고 제조비용이 상승하게 되는 문제점이 있다.

특히, 소형 로봇의 관절 모듈은 모터, 감속기, 브레이크, 엔코더, 드라이브 등이 로봇 관절을 이루는 공간 내에 서로 유기적으로 결합한 모듈 형태로 구성된다. 따라서, 로봇이 소형화됨에 따라 브레이크 또한 작아져야 하는데 상기한 종래기술로 극복하기에는 어려움이 있다.

KR

10-1359959

B1

KR

10-1293497

B1

KR

10-2013-0018599

A

앞선 배경기술에서 도출된 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 로봇 관절 모듈 내의 공간상에서 차지하는 부피를 최소화하면서 결합 구조를 단순화할 수 있는 로봇 관절용 브레이크 장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적은, 본 발명의 실시예에 따라, 일정 크기 이하로 소형화된 로봇의 관절 모듈 내부에서 감속기 및 엔코더와 함께 모터의 구동축에 축결합되는 것으로, 상기 구동축의 회전을 정지 또는 재구동시키는 로봇 관절용 브레이크 장치에 있어서, 상기 구동축에 축결합하며, 방사상으로 돌출된 복수개의 걸림편이 형성된 플레이트와; 상기 플레이트와 일정 간격을 두고 로봇의 관절 내부에 고정되는 고정체와; 상기 고정체 내부에 매립되며, 정방향 또는 역방향 전류를 인가함에 따라 적어도 어느 한 방향의 자속을 배가 또는 감쇄시키는 래치타입 솔레노이드; 및 적어도 일부분이 상기 플레이트 방향으로 돌출되도록 상기 고정체 내부에 수용되며, 상기 래치타입 솔레노이드의 자속 변화에 의해 이동하여 상기 플레이트의 걸림편을 걸림 또는 걸림해제시키는 걸림돌기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 관절 모듈용 브레이크 장치에 의해 달성된다.

바람직하게는, 상기 플레이트는 상판 및 하판을 포함하며, 상기 상판의 상부와 상기 하판의 하부에는 상기 상판 및 하판을 상기 구동축 상에 고정시키기 위한 C형 스냅링이 체결되고, 상기 상판과 상기 하판 사이에는 측면이 파도 형상으로 굴곡된 와셔가 개재되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 걸림편은 일정 간격으로 배치되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 걸림편의 단부는 화살표(↑) 형상으로 이루어지며, 상기 걸림편이 상기 걸림돌기에 걸림시 상기 단부의 경사진 모서리 부분이 상기 걸림돌기와 맞닿아 1차 브레이크 동작하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 구동축과 상기 플레이트 사이에는 미세 간극이 형성되며, 상기 걸림편이 상기 걸림돌기에 걸림시 상기 플레이트의 내경이 상기 걸림돌기의 외경에 접하는 위치까지 이동하여 마찰에 의해 2차 브레이크 동작하는 것을 특징으로 한다.

상기한 실시예에 따른 본 발명에 의하면, 구조적으로 단순한 형태로 구현되어 로봇 관절 내에서 차지하는 부피를 최소화할 수 있으며, 결합구조를 단순히 함으로써 제조비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 래치타입의 솔레노이드를 사용하여 구동 및 제동을 시작할 때에 전류를 한 번씩만 인가하면 되므로 발열을 방지하고 발열에 따른 흡인력 감소에 의한 오동작을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 관절용 브레이크 장치를 도시하는 사시도이고,
도2는 도1의 측면도이고,
도3은 도1의 평면도이고,
도4는 도1의 분해 사시도이고,
도5는 도1의 분해 측면도이고,
도6은 본 발명의 작동을 설명하기 위해 일부 구성만을 나타내는 제1개념도이고,
도7은 본 발명의 작동을 설명하기 위해 일부 구성만을 나타내는 제2개념도이고,
도8은 본 발명의 실시예에 따른 브레이크 동작을 구체적으로 설명하기 위한 제1실시도이고,
도9는 본 발명의 실시예에 따른 브레이크 동작을 구체적으로 설명하기 위한 제2실시도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 한편, 해당 기술분야의 통상적인 지식을 가진자로부터 용이하게 알 수 있는 구성과 그에 대한 작용 및 효과에 대한 도시 및 상세한 설명은 간략히 하거나 생략하고 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 상세히 설명하도록 한다.

본 발명의 실시예에 따른 로봇 관절 모듈용 브레이크 장치는 일정 크기 이하로 소형화된 로봇의 관절 내부에서 감속기 및 엔코더와 함께 모터의 구동축에 축결합되는 것을 전제로 하며, 이러한 로봇 관절용 브레이크 장치는 모터 정지시 정확한 위치에서 회전이 멈춰 유지될 수 있도록 한다.

이를 전제로 하는 본 발명의 로봇 관절용 브레이크 장치는, 도1 내지 도5에 도시된 바와 같이, 플레이트(30), 고정체(50), 솔레노이드(70) 및 걸림돌기(90)를 포함한다.

상기 플레이트(30)는 상기 구동축(10)과 축결합하여 상기 구동축(10)이 회전하는 방향을 따라 회전한다. 이러한 플레이트(30)는 상판(32) 및 하판(34)을 포함하며, 상기 상판(32)의 상부와 상기 하판(34)의 하부에는 상기 상판(32) 및 하판(34)을 상기 구동축(10) 상에 고정시키기 위한 C형 스냅링(20)이 체결되고, 상기 상판(32)과 상기 하판(34) 사이에는 측면이 파도 형상으로 굴곡된 와셔(40)가 개재된다.

상기한 플레이트(30)의 상판(32) 또는 하판(34)에는 복수개의 걸림편(35)이 돌출 형성되는데, 상기 걸림편(35)은 후술할 걸림돌기(90)와 함께 모터 정지시 구동축(10)의 잔여 회전을 멈추게 하는 브레이크 동작을 수행한다. 본 발명에서는 상기 걸림편(35)이 하판(34)에 형성된다.

여기서, 상기 플레이트(30)의 걸림편(35)은 일정 간격으로 배치되는 것이 바람직한데, 이러한 배치 구조는 걸림편(35) 사이의 유격을 일정하게 하여 제동 간격의 오차를 최소화한다.

그리고, 상기 C형 스냅링(20)은 구동축(10)의 둘레를 따라 형성된 삽입홈(12)에 끼워지게 되며, 이러한 C형 스냅링(20)은 상기 구동축(10)에 끼워질 경우 쉽게 움직이지 않을 정도의 두께와, 내측면에 돌기가 형성되어 있어, 상기 구동축(10)의 둘레면을 따라 견고히 고정된다.

여기서, 상기 C형 스냅링(20)과 플레이트(30)에는 서로 연통하는 체결공이 형성되어 있어 볼트에 의해 체결될 수 있다. 이런 볼트의 체결에 의해 상기 플레이트(30)는 상기 C형 스냅링(20)에 더욱 견고히 고정될 수 있다.

한편, 상기 와셔(40)는 구동축(10)에 끼워져 상기 플레이트(30)를 구성하는 상판(32)과 하판(34) 사이의 높이를 탄성 지지하는 것으로, 상기 상판(32) 및 하판(34)을 상기 C형 스냅링(20) 방향으로 밀착시켜 상기 상판(32) 및 하판(34)이 상기 C형 스냅링(20)과 밀착 고정된 상태를 유지하도록 한다. 따라서, 상기 상판(32)과 하판(34) 중 적어도 어느 하나라도 구동축(10)에 완전 밀착되지 않고 미세 간극 이격되어 있더라도 구동축 회전시 플레이트가 구동축 상에서 헛도는 것을 방지한다.

그리고, 상기 걸림편(35)의 단부(35a)는 화살표(↑) 형상으로 이루어지며, 이러한 형상에 의해 상기 걸림편(35)이 상기 걸림돌기(90)에 걸림시 상기 단부(35a)의 경사진 모서리 부분이 도8에 도시된 바와 같이 상기 걸림돌기(90)와 맞닿아 브레이크 동작을 수행함으로써 1차적으로 플레이트(30)가 회전을 멈추도록 한다.

이때, 상기 구동축(10)과 상기 플레이트 (30)사이에는 도8에 도시된 바와 같이 미세 간극(α)이 형성되며, 상기 걸림편(35)이 상기 걸림돌기(90)에 걸림시 도9에 도시된 바와 같이 상기 플레이트(30)의 내경이 상기 걸림돌기(90)의 외경에 접하는 위치까지 이동하여 마찰에 의해 브레이크 동작을 다시 한번 더 수행함으로써 2차적으로 플레이트(30)가 회전을 완전히 멈추도록 한다.

상기와 같이 브레이크 동작을 2단계로 수행함에 따라 상기 플레이트(30)의 걸림편(35)에 가해지는 외력을 분산시킬 수 있으며, 이로 인해 충격에 따른 부품의 파손이나 진동을 최소화하고 내구성이 크게 향상될 수 있도록 한다.

상기 고정체(50)는 상기 플레이트(30)와 일정 간격을 두고 로봇의 관절 내부에 고정된다. 이러한 고정체(50)는 모터의 구동축(10)과는 이격된 상태로 고정되는 것으로 상기 구동축(10)의 회전과는 무관하다. 본 실시예에서는 고정체(10)에 래치타입 솔레노이드(70)와 걸림돌기(90) 및 탄성부재(80)만이 장착된 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정하지 않고 로봇 관절 구동에 필요한 다양한 구성이 결합 가능함은 물론이다.

다음으로, 상기 래치타입 솔레노이드(70)는 상기 고정체(50) 내부에 매립되어 모터의 구동 및 제동 동작과 연동하여 작동하게 된다. 이러한 래치타입 솔레노이드(70)는 정방향 또는 역방향 전류를 인가함에 따라 적어도 어느 한 방향의 자속을 배가 또는 감쇄시킨다. 즉, 래치타입 솔레노이드(70) 내부에 구비되는 영구자석(미도시)과 코일(미도시)의 배치에 따라 어느 한 방향으로 형성되는 자속은 배가시키거나 다른 한 방향으로 형성되는 자속은 감쇄시켜 후술할 걸림돌기(90)가 이동시키게 되는 것이다. 이와 같은 래치타입 솔레노이드(70)는 모터가 구동되거나 제동될 때 한 번의 전류 인가만으로 자속의 변화가 유지되기 때문에 계속적인 전류 인가가 필요치 않아 전원 공급이 제한적인 시스템에도 적용이 가능하고 코일의 발열 문제도 해결되는 장점이 있다.

다음으로, 상기 걸림돌기(90)는 적어도 일부분이 상기 플레이트(30) 방향으로 돌출되도록 상기 고정체(50) 내부에 수용된다. 이러한 걸림돌기(90)는 상기 래치타입 솔레노이드(70)의 자속 변화에 의해 이동하여 상기 플레이트(30)의 걸림편(35)에 걸림 또는 걸림해제 된다.

즉, 도6에 도시된 실시예에 따르면, 영구자석에 의해 솔레노이드(70)의 이동축이 후퇴 고정된 상태로서, 래치타입 솔레노이드(70)에 정방향 전류를 인가함에 따라 자속이 상기 플레이트(30) 방향과는 반대방향인 하방으로 배가되고 상방으로 감쇄하면 상기 걸림돌기(90)는 하방으로 이동하여 상기 걸림편(35)으로부터 걸림해제되어 제동이 풀려 구동축(10)이 회전될 수 있도록 한다.

반대로, 도7에 도시된 실시예에 따르면, 솔레노이드(70)의 이동축이 전진하여 걸림돌기(90)가 모터의 회전을 저지하고 있는 상태로서, 래치타입 솔레노이드(70)에 역방향 전류를 인가함에 따라 자속이 상기 플레이트(30) 방향인 상방으로 배가되고 하방으로 감쇄되면 상기 걸림돌기(90)는 상방으로 이동하여 상기 플레이트(30)의 걸림편(35)에 걸려 구동축(10)을 제동시키게 된다.

본 실시예에서는 하방으로 형성되는 자속이 감쇄되어 상기 솔레노이드(70)가 상기 걸림돌기(90)를 더이상 하방으로 당기지 못함으로써 탄성부재(80)의 탄력에 의해 상기 걸림돌기(90)가 상방으로 이동하는 것이나, 이에 한정되지않고 다양한 방법으로 상기 걸림돌기(90)의 이동을 제어할 수 있다.

구체적으로 도8 및 도9를 참조하여 브레이크 작동 원리를 상세히 설명하기로 한다. 여기서, 도8 및 도9에 도시된 미세 간극은 실제로 눈으로 파악하기 힘든 수준의 간극이며, 본원에서는 기술내용의 이해를 돕기 위해 다소 크게 표현하였다.

상기한 바와 같은 도8 및 도9를 참조하면 알 수 있듯이, 걸림편(35)의 단부(35a)가 걸림돌기(90)에 걸리면 먼저 상기 걸림편(35) 단부(35a)의 경사진 모서리 일부분이 상기 걸림돌기(90)와 접하여 도8과 같이 1차적인 브레이크 동작을 수행하게 되고, 다음으로 잔여 회전력과 상기 걸림편(35) 단부(35a)의 경사진 모서리의 형상에 의해 상기 플레이트(30)가 밀려 상기 플레이트(30)의 내경이 상기 구동축(10)의 외경에 접하게 되는데 이때 발생하는 마찰력에 의해 2차적으로 완전한 브레이크 동작이 이루어진다.

지금까지 설명한 본 발명에 의하면, 구조적으로 단순한 형태로 브레이크 장치가 구현되어 로봇 관절 모듈 내에서 차지하는 부피를 최소화할 수 있으며, 결합구조를 단순히 함으로써 제조비용을 절감할 수 있는 효과가 있다. 또한, 래치타입의 솔레노이드를 사용하여 구동 및 제동을 시작할 때에 전류를 한 번씩만 인가하면 되므로 발열을 방지하고 발열에 따른 흡인력 감소에 의한 오동작을 방지할 수 있는 효과가 있다.

전술한 내용은 후술할 발명의 청구범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 상술하였다. 상술한 실시예들은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상의 범위에서 다양한 수정 및 변경이 가능할 것이다. 이러한 다양한 수정 및 변경 또한 본 발명의 기술적 사상의 범위 내라면 하기에서 기술되는 본 발명의 청구범위에 속한다 할 것이다.

10: 구동축 12: 삽입홈
20: 스냅링 30: 플레이트
32: 상판 34: 하판
35: 걸림편 35a: 걸림편 단부
40: 와셔 50: 고정체
70: 솔레노이드 80: 탄성부재
90: 걸림돌기

Claims

일정 크기 이하로 소형화된 로봇의 관절 모듈 내부에서 감속기 및 엔코더와 함께 모터의 구동축에 축결합되는 것으로, 상기 구동축의 회전을 정지 또는 재구동시키는 로봇 관절용 브레이크 장치에 있어서,
상기 구동축에 축결합하며, 방사상으로 돌출된 복수개의 걸림편이 형성된 플레이트;
상기 플레이트와 일정 간격을 두고 로봇의 관절 내부에 고정되는 고정체;
상기 고정체 내부에 매립되며, 정방향 또는 역방향 전류를 인가함에 따라 어느 적어도 어느 한 방향의 자속을 배가 또는 감쇄시키는 래치타입 솔레노이드; 및
적어도 일부분이 상기 플레이트 방향으로 돌출되도록 상기 고정체 내부에 수용되며, 상기 래치타입 솔레노이드의 자속 변화에 의해 이동하여 상기 플레이트의 걸림편을 걸림 또는 걸림해제시키는 걸림돌기를 포함하되,
상기 걸림편의 단부는 화살표(↑) 형상으로 이루어지며,
상기 걸림편이 상기 걸림돌기에 걸림시 상기 단부의 경사진 모서리 부분이 상기 걸림돌기와 맞닿아 1차 브레이크 동작하는 것이고,
상기 구동축과 상기 플레이트 사이에는 미세 간극이 형성되며,
상기 걸림편이 상기 걸림돌기에 걸림시 상기 플레이트의 내경이 상기 걸림돌기의 외경에 접하는 위치까지 이동하여 마찰에 의해 2차 브레이크 동작하는 것을 특징으로 하는 로봇 관절 모듈용 브레이크 장치.
제1항에 있어서,
상기 플레이트는 상판 및 하판을 포함하며,
상기 상판의 상부와 상기 하판의 하부에는 상기 상판 및 하판을 상기 구동축 상에 고정시키기 위한 C형 스냅링이 체결되고,
상기 상판과 상기 하판 사이에는 측면이 파도 형상으로 굴곡된 와셔가 개재되는 것을 특징으로 하는 로봇 관절 모듈용 브레이크 장치.
제1항에 있어서,
상기 걸림편은 일정 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 로봇 관절 모듈용 브레이크 장치.
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