KR101634671B1 - 차동기어를 이용한 가변 강성 조인트 및 방법 - Google Patents

차동기어를 이용한 가변 강성 조인트 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 선택적으로 관절의 유연한 정도를 결정할 수 있는 안전한 차동기어를 이용한 가변 강성 조인트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 토크를 전달하는 복수개의 기어가 구비된 디퍼렌셜케이스를 탄성력을 갖는 스프링박스로 선택적 위치에 압박하여, 외란 토크가 가해질 경우 회전하려는 디퍼렌셜케이스의 운동 범위를 옆면을 압박하는 스프링박스로 제한하는 차동기어를 이용한 가변 강성 조인트에 관한 것이다.

Description

차동기어를 이용한 가변 강성 조인트 및 방법 {Variable stiffness joint using differential gears and Method}
본 발명은 유연한 로봇 관절에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고정 또는 동작 중인 모터 회전축에 토크 외란이 가해질 경우 이를 가변 강성 스프링을 통해 효과적으로 흡수 및 제어할 수 있는 안전한 차동기어를 이용한 가변 강성 조인트에 관한 것이다.
일반적으로 안전관절은 관절에 입력되는 토크값이 소정의 임계토크 값을 초과하게 되면, 토크가 입력되는 관절부와 토크가 배출되는 관절부가 분리되며 작동이 일시적으로 정지된 후 재결합되어 작동하는 방식이 널리 이용되어 왔다.
그러나, 상기와 같은 방식은 임계치를 기준으로 하는 단순한 온/오프 방식 메커니즘으로 구현되어 토크 외란 값의 변화에 유동적으로 대응하지 못하였다.
도 1에 도시된 안전관절은, 동력의 입력단 역할을 하는 내측 고정부재(10)와, 상기 내측 고정부재(10)가 안쪽으로 끼워져서 안착되고 내측 고정부재(10)에 대해 회전 가능한 것으로 동력의 출력단 역할을 하는 외측 회전부재(20), 외측 회전부재(20)와 내측 고정부재(10)를 연결하는 로커핀(40), 로커핀(40)이 외측 회전부재(20)에서 빠져나오는 임계토크를 조절하는 로커핸들(50), 로커핀(40)에 구비되어 상기 로커핸들(50)에서 입력되는 토크를 상기 로크핀(40)으로 전달하는 로커스프링(60)을 포함하여 구성된다.
상기 선행기술문헌을 참조하여 설명하면, 도 1에 도시된 안전관절은 외측 회전부재(20)에 임계토크를 초과하는 토크가 가해지면 외측 회전부재(20)가 내측 고정부재(10)에서 빠져나와 안전모드가 되고, 외측 회전부재(10)가 360도 회전 후 내측 고정부재(10)와 재결합하면 다시 구동되는 구조이다.
이때, 상기 안전관절은 입력되는 토크값이 임계토크를 초과하면 외측 회전부재(20)가 360도 회전하여 내측 고정부재(10)와 재결합되는 시간이 고정되어 있어, 작업 시간에 낭비가 생기고 효율적인 작업의 진행이 되지 않았다.
또한, 내측 고정부재(10)와 외측 회전부재(20)의 결합에 사용되는 로커핀(40)의 개수에 따라 안전모드에 진입하는 임계토크 값이 결정되기 때문에 복수개의 로커핀(40)이 구비되어야 다양한 임계토크 값을 조절할 수 있었다.
다시 말해, 임계치를 설정한 후 온/오프 방식으로만 외란 토크에 대응할 수 있었으며, 작업 시간의 낭비가 불가피한 단점을 지녔다.
한국공개특허 제2014-0084716호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 관절에 가해지는 충격을 가변 강성 스프링 메커니즘을 통해 사용자가 원하는 만큼 선택적으로 흡수/제어 가능하며, 또한 작업의 지연이 없는 안전하고 효과적인 차동기어를 이용한 가변 강성 조인트를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명인 차동기어를 이용한 가변 강성 조인트(1000)는, 제1 샤프트(10)에서 토크를 입력받는 제1 기어(110)와 제2 샤프트(20)로 토크를 출력하는 제2 기어(120), 및 상기 제1 기어(110)와 상기 제2 기어(120)사이에 구비되어 동력을 전달하는 단수 또는 복수개의 사이드기어(130)가 구비되는 디퍼렌셜케이스(100); 상기 제1 샤프트(10)에 관통되어 양면이 상기 제1 샤프트(10)와 수직 배치되는 고정판(200); 상기 디퍼렌셜케이스(100)와 상기 고정판(200)이 마주보는 상기 고정판(200)의 일면에 구비되되, 상기 디퍼렌셜케이스(100)의 마주보는 한 쌍의 옆면을 압박하여 상기 디퍼렌셜케이스(100)가 상기 제2 기어(120)의 회전축과 같은 회전축을 가지며 회전하는 것을 제한하는 스프링박스(300);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스프링박스(300)는, 상기 디퍼렌셜케이스(100)의 옆면 중 일면을 압박하는 제1 압박부재(310)와, 상기 디퍼렌셜케이스(100)의 옆면 중 타면을 압박하는 제2 압박부재(320), 및 상기 제1 압박부재(310)와 상기 제2 압박부재(320)가 길이방향 일측과 타측에 각각 구성되는 연결부재(330)를 포함하며, 상기 연결부재(330)는 상기 제1 압박부재(310)와 상기 제2 압박부재(320)를 연결하는 단수 또는 복수개의 탄성체(331)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스프링박스(300)는, 상기 고정판(200)의 일면에 구비되는 연결부재(330)와, 상기 연결부재(330)의 상면에 상기 연결부재(330)의 길이방향 일측과 타측에 각각 구비되어 상기 디퍼렌셜케이스(100)의 양면 중 일면을 압박하는 제1 압박부재(310), 및 상기 디퍼렌셜케이스(100)의 타면을 압박하는 제2 압박부재(320)를 포함하며, 상기 연결부재(330)는 길이방향 일측과 타측에 상기 제1 압박부재(310)와 상기 제2 압박부재(320)를 서로 마주보는 내면 방향으로 밀어주는 탄성체(331)가 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고정판(200)은 상기 제1 샤프트(10)에 대한 상기 스프링박스(300)의 반경방향 변위를 조절하는 스프링박스 제어부(210)가 구성되어, 상기 제1샤프트(10)에 대한 상기 스프링박스(300)의 반경방향 변위에 따라 상기 디퍼렌셜케이스(100)의 회전각이 조절되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스프링박스(300)는 서로 대향하는 한 쌍으로 구성되고, 상기 제어부(210)는 한 쌍의 상기 스프링박스(300)가 상기 제1 샤프트(10)와 동일 변위를 가지게 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 차동기어를 이용한 가변 강성 조인트(1000)는 상기 고정판(200)을 고정시키는 지지부(400)가 더 구비되고, 상기 지지부(400)는 상기 스프링박스(300)가 상기 고정판(200)에 임계토크 이상을 가하면 상기 고정판(200)이 상기 지지부(400)에서 탈착되어 회전하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 디퍼렌셜케이스(100)는 상기 스프링박스(300)에 의하여 압박받는 양면이 동일두께를 유지한 상태로 연장 형성되어 날개부(140)가 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 차동기어를 이용한 가변 강성 조인트는 외부에서 가해지는 충격을 스프링 변위에 해당되는 만큼 실시간으로 흡수할 수 있으며, 또한 스프링 박스의 탄성반경을 조절하여, 즉 조인트의 강성/유연성을 임의 조절하여, 사용자가 원하는 만큼 선택적으로 충격의 흡수/제어를 할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 종래의 안전관절을 나타낸 사시도.
도 2는 차동기어를 이용한 가변 강성 조인트를 나타낸 사시도.
도 3은 스프링 박스를 나타낸 단면도.
도 4는 차동기어를 이용한 가변 강성 조인트를 나타낸 평면도.(스프링박스 탄성운동시)
도 5는 차동기어를 이용한 가변 강성 조인트를 나타낸 평면도(스프링박스 슬라이딩 이동시).
도 6은 차동기어를 이용한 가변 강성 조인트를 나타낸 사시도(지지부 결합시).
이하, 상기와 같은 본 발명인 차동기어를 이용한 가변강성 조인트(1000)에 대해서 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2에서는 본 발명인 차동기어를 이용한 가변강성 조인트(1000)의 전체 사시도를 도시하고 있다.
본 발명인 차동기어를 이용한 가변강성 조인트(1000)는 제1 샤프트(10), 제2 샤프트(20), 디퍼렌셜케이스(100), 고정판(200), 및 스프링박스(300)를 포함하여 구성된다.
상세히 설명하면, 상기 제1 샤프트(10)를 통하여 외부에서 토크가 입력되고, 제1 샤프트(10)를 통하여 입력된 토크는 상기 디퍼렌셜케이스(100)의 내부에 구비되는 복수개의 기어를 통하여 상기 제2 샤프트(20)로 출력되는 것이다.
이때, 상기 디퍼렌셜케이스(100)는 내면에 상기 제1 샤프트(10)와 연결되어 외부에서 토크를 입력받는 제1 기어(110)와, 상기 제1 기어(110)에서 입력받은 토크를 상기 제2 샤프트(20)로 출력하는 제2 기어(120), 및 상기 제1 기어(110)와 상기 제2 기어(120) 사이에 구비되어 제1 기어(110)에서 제2 기어(120)로 토크를 전달하는 단수 또는 복수개의 사이드기어(130)로 이루어진다.
즉, 외부에서 입력된 토크는 상기 제1 샤프트(10)와 연결된 제1 기어(110)를 회전운동 시키고, 상기 제1 기어(110)는 연결된 상기 사이드기어(130)를 회전시키며, 사이드기어(130)는 제2 샤프트(20)와 연결된 제2 기어(120)를 회전시킴으로써, 제1 샤프트(10)에서 입력된 토크가 제2 샤프트(20)로 출력되는 것이다.
또한, 상기 고정판(200)은 상기 디퍼렌셜케이스(100)의 마주보는 옆면을 압박하여 디퍼렌셜케이스(100)가 회전운동하는 범위를 제한하는 상기 스프링박스(300)가 구비되는 고정부재이다.
도 2를 참조하여 설명하면, 상기 고정판(200)은 상기 디퍼렌셜케이스(100)와 마주보는 일면에 서로 대향하여 구비되는 슬라이딩편(220)과, 상기 슬라이딩편(220)에 결합된 상기 스프링박스(300)를 상기 슬라이딩편(220)을 따라 움직여 스프링박스(300)가 상기 제1 샤프트(10)의 반경방향으로 다양한 변위를 가지게 하는 제어부(210)를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 제어부(210)는 상기 제1 샤프트(10)에 관통되는 제3 기어(211)와 상기 제3 기어(211)의 일측에 연결되어 회전하는 제4 기어(212) 및 상기 제3 기어(211)의 타측에 연결되어 회전하는 제5 기어(213)로 이루어진다.
즉, 상기 제어부(210)는 중심에 구비되는 제3 기어(211)의 일측과 타측에 상기 제4 기어(212) 및 상기 제5 기어(213)가 구비되어, 제3 기어(211)가 시계방향으로 회전하면 제4 기어(212)와 제5 기어(213)가 시계 반대방향으로 회전하며 상기 스프링박스(300)를 상기 제1 샤프트와 가까워지게 하고, 상기 제3 기어(211)가 시계 반대방향으로 회전하면 스프링박스(300)가 제1 샤프트에서 멀어지는 것이다.
더불어, 도면에는 도시되지 않았지만 제3 기어(211)는 상기 제1 샤프트(10)에서 토크를 인가받지 않도록 상기 고정판(200)에 결합되어, 상기 스프링박스(300)가 제1 샤프트(10)에서 직접적으로 토크를 전달받지 않도록 구성되어야 하며, 제 3기어(211), 제 4기어(212), 또는 제 5기어(213) 중 한 곳에 외부에서 토크를 인가할 수 있다.
상기 스프링박스(300)는 탄성력을 이용하여 상기 디퍼렌셜케이스(100)가 상기 제1 샤프트(10)와 같은 회전축을 가지며 회전하는 것을 제한하는 장치이다.
상세히 설명하면, 상기 스프링박스(300)는 상기 디퍼렌셜케이스(100)의 옆면 중 일면을 압박하는 제1 압박부재(310)와, 디퍼렌셜케이스(100)의 옆면 중 타면을 압박하는 제2 압박부재(320), 및 상기 제1 압박부재(310)와 상기 제2 압박부재(320)가 길이방향 일측과 타측에 구비되어 길이방향으로 탄성운동 가능하게 하는 연결부재(330)로 이루어진다.
또한, 상기 연결부재(330)는 상기 고정판(200)과 결합을 위하여 하면에 상기 슬라이딩편(220)에 대응하는 슬라이딩홈(332)이 형성되고, 제1 샤프트에 대한 상기 스프링박스(300)의 변위 조절을 위하여 옆면에 상기 제어부(210)의 톱니에 대응하는 제어편(334)이 구성된다.
이때, 상기 제어편(334)은 상기 제3 기어(211), 상기 제4 기어(212), 및 상기 제5 기어(213)의 톱니와 마주보는 일면이 상기 톱니와 대응하는 요철 구조로 구성되어 상기 제어부(210)를 구성하는 각 기어의 톱니와 맞물린다.
따라서, 상기 스프링박스(300)는 상기 슬라이딩편(220)에 상기 슬라이딩홈(332)이 끼워지면서 상기 고정판(200)과 끼움결합하고, 상기 제어편(334)과 상기 제어부(210)가 결합되어 상기 제어부(210)를 구성하는 각 기어의 회전에 따라 슬라이딩편(220)을 슬라이딩 이동하며 상기 디퍼렌셜케이스(100)를 압박하는 위치가 변화되는 것이다.
상세히 설명하면, 상기 차동기어를 이용한 가변 강성 조인트(1000)는 상기 제1 샤프트(10)에서 입력되는 토크가 상기 디퍼렌셜케이스(100)의 내부에 구비되는 상기 제1 기어(110)와 상기 제2 기어(120)를 통하여 상기 제2 샤프트(20)로 출력되지 않을 경우, 제1 기어(110)와 제2 기어(120)를 연결하는 상기 사이드기어(130)가 상기 제2 기어의 톱니를 타고 회전하여 디퍼렌셜케이스(100)가 제2 기어(120)와 같은 회전축을 가지며 회전한다.
이때, 상기 제1 샤프트(10)에 양면이 관통되어 수직 배치되되, 제1 샤프트(10)의 회전 토크를 인가받지 않도록 결합되는 상기 고정판(200)의 일면에 상기 슬라이딩편(220)을 타고 슬라이딩 이동하는 상기 스프링박스(300)가 구비된다.
따라서, 상기 디퍼렌셜케이스(100)의 일면을 압박하는 제1 압박부재(310)와 디퍼렌셜케이스(100)의 타면을 압박하는 제2 압박부재(320)가 상기 연결부재(330)의 길이방향으로 탄성 운동하며 디퍼렌셜케이스(100)가 계획된 회전각만큼 회전 가능하도록 제어하는 것이다.
또한, 상기 고정판(200)은 상기 제1 샤프트(10)에 대한 상기 스프링박스(300)의 변위를 조절하는 상기 제어부(210)가 구비되고, 스프링박스(300)는 상기 제어부(210)에 대응하는 제어편(334)이 구성되어 스프링박스(300)가 디퍼렌셜케이스(100)를 압박하는 위치를 제어한다.
도 3에서는 상기 스프링박스(300)의 단면도를 도시하고 있다.
도 3을 참조하여 설명하면, 상기 스프링박스(300)는 제1 압박부재(310)와 제2 압박부재(320), 및 연결부재(330)로 이루어진다.
상세히 설명하면, 상기 제1 압박부재(310)와 상기 제2 압박부재(320)는 하면에 제1 결합편(311)과, 제2 결합편(321)이 각각 형성되고, 상기 제1 결합편(311) 및 제2 결합편(321)은 상기 연결부재(330)의 내부에 길이방향으로 형성된 탄성공간(333)에 삽입되어 슬라이딩 결합된다.
따라서, 상기 탄성공간(333)에 상기 연결부재(330)의 길이방향으로 구비되는 탄성체(331)에 의해 제1 결합편(311) 및 제2 결합편(321)이 연결부재(330)의 길이방향으로 탄성운동 하는 것이다.
이때, 상기 스프링박스(300)는 상기 탄성공간(333)에 구비되는 상기 탄성체(331)의 결합 구조에 의하여 다양한 구조를 가지는 것이 가능하다.
도 3의 (a)에서는 탄성체(331)가 탄성공간(333)의 일측과 타측에 구비되어 상기 제1 결합편(311)과 상기 제2 결합편(321)을 서로 마주보는 내면으로 밀어주는 구조를 도시 하였고, 도 3의 (b)에서는 탄성체(331)가 탄성공간(333)에 구비되되 제1 결합편(311)과 제2 결합편(321)이 마주보는 내면에 구비되어 제1 결합편(311)과 제2 결합편(321)을 서로 마주보는 내면 방향으로 당기는 구조를 도시 하였다.
도 3에서 상기 스프링박스(300)의 두가지 실시예를 도시하였지만, 스프링박스(300)의 구조는 상기 제1 압박부재(310) 및 제2 압박부재(320)가 상기 연결부재(330)의 길이방향으로 탄성운동 하면 충분하므로 한정하지 않는다.
도 4와 도 5에서는 본 발명인 차동기어를 이용한 가변 강성 조인트(1000)의 평면도를 도시하고 있다.
도 4의 에서는 상기 스프링박스(300)가 상기 디퍼렌셜케이스(100)를 압박하는 구조 (a)와, 스프링박스(300)가 디퍼렌셜케이스(100)의 회전토크를 전달받아 상기 제1 압박부재(310)와 상기 제2 압박부재(320)가 상기 연결부재(330)의 길이방향으로 탄성운동 하는 구조 (b)를 도시하였다.
도 2를 참조하여 설명하면, 외부에서 토크가 입력되면 상기 제1 샤프트(10)에서 입력되는 토크가 상기 제2 샤프트(20)로 용이하게 출력되지 않는다.
따라서, 상기 사이드기어(130)가 제2 샤프트(20)와 연결된 상기 제2 기어(120)의 톱니를 타고 제2 기어(120)의 회전축을 중심으로 공전하여, 사이드기어(130)와 결합된 디퍼렌셜케이스(100)가 제2 샤프트(20)와 동일 회전축을 가지며 회전하게 된다.
즉, 상기 디퍼렌셜케이스(100)의 회전력이 디퍼렌셜케이스(100)의 옆면을 압박하는 스프링박스에 입력되는 것이다.
상세히 설명하면, 상기 제1 샤프트(10)에서 입력받은 토크가 외부에서 입력되는 토크에 의하여 상기 제2 샤프트(20)로 원활이 출력되지 않으면, 제1 샤프트(10)에서 입력받은 토크가 상기 디퍼렌셜케이스(100)를 통하여 상기 스프링박스(300)에 전달되어 스프링박스(300)의 탄성운동에 의하여 소모되는 것이다.
따라서, 상기 스프링박스(300)의 탄성 운동으로 상기 제1 샤프트(10)에서 입력받되 외부로 출력되지 않아 내부의 기계요소에 파손시키는 토크를 상쇄시킴으로써, 장치의 내구성을 향상 시키는 것이 가능하다..
도 5에서는 상기 스프링박스(300)가 상기 제어부(210)의 제어에 따라 상기 고정판(200)에 형성된 슬라이딩편(220)을 슬라이딩 이동하여, 상기 제1 샤프트(20)와 다양한 변위를 가지는 것을 도시하였다.
도 2를 참조하여 설명하면, 상기 스프링박스(300)는 상기 제어부(210)에 의해 다양한 변위를 가짐으로써, 외부에서 입력되는 토크값에 적절한 스프링박스(300)의 탄성운동 범위를 조절하는 것이 가능하다.
상세히 설명하면, 상기 디퍼렌셜케이스(100)는 힘을 전달하는 전달체 역할을 하고, 상기 제1 샤프트(10)는 상기 디퍼렌셜케이스(100)를 받치는 지지점 열할을 하며, 스프링박스(300)는 전달체의 레버암 길이를 결정짓는 역할을 한다.
따라서, 상기 디퍼렌셜케이스(100)에서 동일한 회전력이 상기 스프링박스(300)에 가해졌을 때 스프링박스(300)가 상기 제1 샤프트(10)에서 멀리 배치될수록 조인트의 수동 강성이 커져 스프링박스(300)가 탄성운동 하는 변위가 작아지게 된다.
즉, 상기 제어부(210)를 통하여 상기 제1 샤프트(10)에 대한 상기 스프링박스(300)의 반경방향 변위를 제어함으로써, 본 발명인 차동기어를 이용한 가변 강성 조인트(1000)의 유연한 정도를 결정할 수 있는 장점을 가진다.
또한, 상기 디퍼렌셜케이스(100)는 상기 스프링박스(300)로 압박받는 양면이 상기 스프링박스(300)와 수직을 이루며 폭 방향으로 연장 형성되어 날개부(140)를 구성하는 것이 가능하다.
도 2를 참조하여 상세히 설명하면, 상기 날개부(140)는 상기 디퍼렌셜케이스(100)의 폭 방향 길이를 길게 구성함으로써, 본 발명인 차동기어를 이용한 가변 강성 조인트(1000)는 상기 제어부(210)를 통하여 안전모드로 진입하는 범위를 미세하게 조절 하는 것이 가능한 것이다.
뿐만 아니라, 본 발명인 차동기어를 이용한 가변 강성 조인트(1000)는 예상되는 토크에 따라 복수개의 상기 스프링박스(300)가 구비되는 것이 가능하다.
즉, 상기 스프링박스(300)가 복수개로 구비되면서 상기 디퍼렌셜케이스(100)에서 가해지는 회전 토크를 분산시켜 스프링박스(300)에 구비되는 탄성체의 파손을 예방하고, 본 발명인 차동기어를 이용한 가변 강성 조인트(1000)가 사용 가능한 최대토크 범위를 넓히는 것이다.
도 6에서는 본 발명인 가변 강성 조인트(1000)에 지지부(400)가 더 구비된 것을 도시하였다.
상세히 설명하면, 본 발명인 차동기어를 이용한 가변 강성 조인트(1000)는 상기 고정판(200)의 외주면을 감싸는 지지부(400)가 더 구성되어 상기 스프링박스(300)의 탄성운동 범위를 초과하여 상기 디퍼렌션케이스(100)에서 가해지는 토크를 제거하는 것이 가능하다.
즉, 상기 지지부(400)는 외부에 고정되고, 지지부(400)와 고정판(200)은 고정 결합되되 상기 디퍼렌셜케이스(100)의 토크가 상기 스프링박스(300)가 탄성운동 하는 범위를 초과하여 회전하게 되면, 상기 스프링박스에서 상기 고정판(200)로 토크가 전달되면서 상기 고정판(200)이 상기 지지부(400)에서 탈착되어 공회전 하는 것이다.
따라서, 상기 지지부(400)를 통하여 상기 스프링박스(300)의 탄성운동 범위를 초과하는 토크가 입력될 경우 상기 고정판(200)이 지지부(400)에서 공회전하며 토크를 소모시키는 것이 가능하다.
이때, 상기 고정판(200)과 상기 지지부(400)의 체결 구조는 상기 고정판(200)과 상기 지지부(400)를 연결하는 연결편이 임계토크를 초과하면 파단되는 구조, 상기 고정판(200)의 외주면에 홈이 형성되고 상기 지지부(400)의 내주면에 상기 홈에 대응하는 돌출부가 형성되어 임계토크를 초과하면 상기 돌출부가 상기 홈에서 빠져나와 회전하는 구조 등 다양한 구조가 가능하므로 한정하지 않는다.
상기 내용을 참조하여 설명하면 본 발명인 차동기어를 이용한 가변 강성 조인트 작동 방법은 이하의 구성으로 이루어진다.
상기 제어부(210)를 이용하여 상기 제1 샤프트(10)에 대한 상기 스프링박스(300)의 반경방향 변위를 조절하는 단계(10S).
상기 제1 샤프트(10)에서 입력된 토크를 상기 제2 샤프트(20)로 출력시키는 단계(20S).
상기 제1 샤프트(10)에서 입력되는 토크가 상기 제2 샤프트(20)로 출력되는 것을 제한받으면, 상기 사이드기어(130)가 상기 제2 기어(120)의 톱니를 타고 상기 제2 기어(120)의 회전축을 중심으로 공전하여 상기 디퍼렌셜케이스(100)가 상기 제2 샤프트(20)와 동일 회전축을 가지며 회전하는 단계(30S).
상기 디퍼렌셜케이스(100)의 회전력이 상기 스프링박스(300)에 입력되어 상기 스프링박스(300)가 상기 디퍼렌셜케이스(100)를 압박하는 반대 방향으로 탄성운동 하는 단계(40S).
상기 스프링박스(300)가 상기 디퍼렌셜케이스(100)에서 탄성한도 이상의 토크를 전달받으면 상기 고정판(200)이 상기 지지부(400)에서 탈착되어 회전하는 단계(50S).
이때, 상기 탄성 운동 단계(40S) 또는 고정판 탈착 단계(50S)의 이후 상기 변위 조절 단계(10S)를 반복적으로 시행하여, 작업 환경과 목적에 적합하게 상기 제1 샤프트에(10) 대한 상기 스프링박스(300)의 변위를 조절하는 것을 권장한다.
본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.
1000 : 차동기어를 이용한 가변 강성 조인트
10 : 제1 샤프트
20 : 제2 샤프트
100 : 디퍼렌셜케이스 110 : 제1 기어
120 : 제2 기어 130 : 사이드기어
200 : 고정판
210 : 제어부 211 : 제3 기어
212 : 제4 기어 213 : 제5 기어
220 : 슬라이딩편
300 : 스프링박스
310 : 제1 압박부재 311 : 제1 결합편
320 : 제2 압박부재 321 : 제2 결합편
330 : 연결부재 331 : 탄성체
332 : 슬라이딩홈 333 : 탄성공간
334 : 제어편
400 : 지지부

Claims (10)

  1. 제1 샤프트(10)에서 토크를 입력받는 제1 기어(110)와 제2 샤프트(20)로 토크를 출력하는 제2 기어(120), 및 상기 제1 기어(110)와 상기 제2 기어(120)사이에 구비되어 동력을 전달하는 단수 또는 복수개의 사이드기어(130)가 구비되는 디퍼렌셜케이스(100);
    상기 제1 샤프트(10)에 관통되어 양면이 상기 제1 샤프트(10)와 수직 배치되는 고정판(200); 및
    상기 디퍼렌셜케이스(100)와 상기 고정판(200)이 마주보는 상기 고정판(200)의 일면에 구비되되, 상기 디퍼렌셜케이스(100)의 마주보는 한 쌍의 옆면을 압박하여 상기 디퍼렌셜케이스(100)가 상기 제2 기어(120)의 회전축과 같은 회전축을 가지며 회전하는 것을 제한하는 스프링박스(300);를 포함하는, 차동기어를 이용한 가변 강성 조인트(1000).
  2. 제 1항에 있어서 상기 스프링박스(300)는,
    상기 디퍼렌셜케이스(100)의 옆면 중 일면을 압박하는 제1 압박부재(310)와,
    상기 디퍼렌셜케이스(100)의 옆면 중 타면을 압박하는 제2 압박부재(320), 및
    상기 제1 압박부재(310)와 상기 제2 압박부재(320)가 길이방향 일측과 타측에 각각 구성되는 연결부재(330)를 포함하며,
    상기 연결부재(330)는 상기 제1 압박부재(310)와 상기 제2 압박부재(320)를 연결하는 단수 또는 복수개의 탄성체(331)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 차동기어를 이용한 가변 강성 조인트(1000).
  3. 제 1항에 있어서 상기 스프링박스(300)는,
    상기 고정판(200)의 일면에 구비되는 연결부재(330)와,
    상기 연결부재(330)의 상면에 상기 연결부재(330)의 길이방향 일측과 타측에 각각 구비되어 상기 디퍼렌셜케이스(100)의 양면 중 일면을 압박하는 제1 압박부재(310), 및
    상기 디퍼렌셜케이스(100)의 타면을 압박하는 제2 압박부재(320)를 포함하며,
    상기 연결부재(330)는 길이방향 일측과 타측에 상기 제1 압박부재(310)와 상기 제2 압박부재(320)를 서로 마주보는 내면 방향으로 밀어주는 탄성체(331)가 구비되는 것을 특징으로 하는, 차동 기어를 이용한 가변 강성 조인트(1000).
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 고정판(200)은 상기 제1 샤프트(10)에 대한 상기 스프링박스(300)의 반경방향 변위를 조절하는 제어부(210)가 구성되어,
    상기 제1 샤프트(10)에 대한 상기 스프링박스(300)의 반경방향 변위에 따라 상기 디퍼렌셜케이스(100)의 회전각이 조절되는 것을 특징으로 하는, 차동기어를 이용한 가변 강성 조인트(1000).
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 스프링박스(300)는 서로 대향하는 한 쌍으로 구성되고,
    상기 제어부(210)는 한 쌍의 상기 스프링박스(300)가 상기 제1 샤프트(10)와 동일 변위를 가지게 하는 것을 특징으로 하는, 차동기어를 이용한 가변 강성 조인트(1000).
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 차동기어를 이용한 가변 강성 조인트(1000)는 상기 고정판(200)을 고정시키는 지지부(400)가 더 구비되고,
    상기 지지부(400)는 상기 스프링박스(300)가 상기 고정판(200)에 임계토크 이상을 가하면 상기 고정판(200)이 상기 지지부(400)에서 탈착되어 회전하는 것을 특징으로 하는, 차동기어를 이용한 가변 강성 조인트(1000).
  7. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 디퍼렌셜케이스(100)는 상기 스프링박스(300)에 의하여 압박받는 양면이 동일두께를 유지한 상태로 연장 형성되어 날개부(140)가 구성되는 것을 특징으로 하는, 차동기어를 이용한 가변 강성 조인트(1000),
  8. 제1 샤프트(10)에서 토크를 입력받는 제1 기어(110)와 제2 샤프트(20)로 토크를 출력하는 제2 기어(120), 및 상기 제1 기어(110)와 상기 제2 기어(120)사이에 구비되어 동력을 전달하는 단수 또는 복수개의 사이드기어(130)가 구비되는 디퍼렌셜케이스(100); 상기 제1 샤프트(10)에 관통되어 양면이 상기 제1 샤프트(10)와 수직 배치되는 고정판(200); 상기 디퍼렌셜케이스(100)와 상기 고정판(200)이 마주보는 상기 고정판(200)의 일면에 구비되되, 상기 디퍼렌셜케이스(100)의 마주보는 한 쌍의 옆면을 압박하여 상기 디퍼렌셜케이스(100)가 상기 제2 기어(120)와 동일 회전축을 가지며 회전하는 것을 제한하는 스프링박스(300);를 포함하여 이루어지는 차동기어를 이용한 가변 강성 조인트 작동 방법으로서,
    상기 제1 샤프트(10)에서 입력된 토크를 상기 제2 샤프트(20)로 출력시키는 단계(20S);
    상기 제1 샤프트(10)에서 입력되는 토크가 상기 제2 샤프트(20)로 출력되는 것을 제한받으면, 상기 사이드기어(130)가 상기 제2 기어(120)의 톱니를 타고 상기 제2 기어(120)의 회전축을 중심으로 공전하여, 상기 디퍼렌셜케이스(100)가 상기 제2 샤프트(20)와 동일 회전축을 가지며 회전하는 단계(30S);
    상기 디퍼렌셜케이스(100)의 회전력이 상기 스프링박스(300)에 입력되어 상기 스프링박스(300)가 상기 디퍼렌셜케이스(100)를 압박하는 반대 방향으로 탄성운동 하는 단계(40S);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 차동기어를 이용한 가변 강성 조인트 작동 방법.
  9. 제 8항에 있어서 상기 차동기어를 이용한 가변 강성 조인트 작동 방법은,
    상기 고정판(200)과 상기 디퍼렌셜케이스(100)가 마주보는 일면에 상기 제1 샤프트(10)에 대한 상기 스프링박스(300)의 반경방향 변위를 조절하는 제어부(210)가 구성되어,
    토크 입출력 단계(20S) 이전에;
    상기 제어부(210)를 이용하여 상기 제1 샤프트(10)에 대한 상기 스프링박스(300)의 반경방향 변위를 조절하는 단계(10S);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 차동기어를 이용한 가변 강성 조인트 작동 방법.
  10. 제 8항에 있어서 상기 차동기어를 이용한 가변 강성 조인트 작동 방법은,
    상기 고정판(200)의 외주면에 상기 고정판(200)에서 탈착 가능하게 결합되는 지지부(400)가 더 구비되어,
    디퍼렌셜케이스 회전 단계(30S) 이후에;
    상기 스프링박스(300)가 상기 디퍼렌셜케이스(100)에서 탄성한도 이상의 토크를 전달받으면 상기 고정판(200)이 상기 지지부(400)에서 탈착되어 회전하는 단계(50S);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 차동기어를 이용한 가변 강성 조인트 작동 방법.



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