KR101694819B1

KR101694819B1 - 일체형 유압 로터리 액추에이터

Info

Publication number: KR101694819B1
Application number: KR1020150045237A
Authority: KR
Inventors: 류성무; 안기탁; 이규영
Original assignee: (주)케이엔알시스템
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2015-03-31
Publication date: 2017-01-11
Also published as: US20160290371A1; US9976577B2; KR20160116879A

Abstract

본 발명은, 내측에 중공이 형성된 고정체, 외면과 고정체의 내면으로 작동유가 수용되는 공간을 복수개 형성하며, 고정체에 삽입되어 작동유에 의해 회전구동 가능하도록 구성되는 회전체, 공간에 공급되는 작동유의 공급방향을 변환시키도록 구성되며, 고정체의 일측에 구비된 밸브, 복수의 공간에 수용된 작동유의 상태를 측정하도록 구성되는 복수의 센서부, 외부에서 입력된 기준값 및 센서부에서 측정된 값을 근거로 회전체를 제어하기 위한 제어입력을 발생시키는 제어부, 제어부와 밸브 및 제어부와 센서부를 전기적으로 연결하며, 외부로 노출되지 않도록 고정체의 내측으로 배치되는 배선을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 일체형 유압 로터리 액추에이터에 관한 것이다.
본 발명에 따른 일체형 유압 로터리 액추에이터는 로터리 액추에이터의 제어에 필요한 밸브, 센서, 제어부, 구동부가 일체형으로 구비되어 각 구성요소를 연결하는 배선이 외부로 노출되지 않도록 구성되므로 구동시 간섭으로 인한 손상을 방지할 수 있으며, 유지보수가 용이한 효과가 있다.
또한 제어부를 포함하여 일체형으로 구성되므로 본 발명에 따른 액추에이터를 부품으로 사용할 때 다른 부품과의 연결이 쉽고 간섭을 줄일 수 있어 최종제품의 설계 및 제작이 용이해지는 효과가 있다.

Description

일체형 유압 로터리 액추에이터{INTEGRATED HYDRAULIC ROTARY ACTUATOR}

본 발명은 일체형 유압 로터리 액추에이터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 액추에이터, 밸브, 센서, 제어부가 일체형으로 구성된 유압 로터리 액추에이터에 관한 것이다.

유압을 기반으로 액추에이터는 산업 전반에 사용되는 일반적 유압실린더에 비해 더 작고 정밀한 제어가 가능하며, 모터를 기반으로 하는 액추에이터에 비해 크기 대비 출력이 뛰어난 특징을 가진다. 특히 회전운동을 하는 로터리 액추에이터와 직선운동을 하는 리니어 액추에이터는 다족형 견마로봇, 웨어러블 로봇(wearable robot), 고중량 로봇 암 그리고 최근에는 사람이 처리하기 힘든 심해저에서의 작업이 가능한 수중 매니퓰레이터 등 다양한 로봇 개발에 활용되고 있다.

이러한 유압 로터리 액추에이터에 대해서는 본 출원인에 의해 출원되고 등록된 '대한민국 등록특허 제0956849호; 로터리 액추에이터 및 로터리 액추에이터형 관절구조'에 의해 이미 개시된 바 있다.

그러나 종래의 유압 로터리 액추에이터는 제어에 필요한 센서, 밸브 및 제어부가 이격된 위치에 구비되며, 이들을 연결하는 여러 가닥의 신호선이 엑추에이터 외부로 돌출되어 있어, 진동에 의한 체결부의 볼트풀림 현상과 구동시 부품과 신호선 간의 간섭 및 그로인한 신호선 단락 등의 문제점이 발생할 수 있었다. 또한, 이러한 액추에이터가 사용되는 로봇 등의 설계에 있어서 고려대상이 되므로 설계가 복잡해지며, 사용간 유지관리가 용이하지 않은 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허 제0956849호

본 발명은 전술한 종래의 로터리 액추에이터의 구성이 복잡하여 설계에 어려움이 있었고, 구동 중 진동에 의한 볼트풀림 및 신호선의 간섭 및 단락 등이 발생할 수 있었던 문제점을 해결하는 일체형 유압 로터리 액추에이터를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 과제의 해결 수단으로, 내측에 중공이 형성된 고정체, 고정체에 삽입되어 회전가능하게 설치되며, 외면이 고정체이 함께 작동유가 수용되는 공간을 복수개 형성하는 회전체, 고정체의 일측에 구비되어, 복수개의 공간에 공급되는 작동유의 공급방향을 변환시켜 회전체를 회전시키도록 구성되는 밸브, 복수의 공간에 수용된 작동유의 상태 또는 회전체의 상태를 측정하도록 구성되는 센서부, 고정체의 일측에 설치되며, 외부에서 입력된 기준값 및 센서부에서 측정된 값을 근거로 회전체를 제어하기 위한 제어입력을 발생시키는 제어부, 제어부와 밸브 및 제어부와 센서부를 전기적으로 연결하며, 외부로 노출되지 않도록 고정체의 내측으로 배치되는 배선을 포함하는 일체형 유압 로터리 액추에이터가 제공된다.

이때, 고정체는 적어도 하나의 배선이 내측에 배치되는 적어도 하나의 배선채널이 형성될 수 있다.

그리고, 배선채널은 작동유의 수용공간에 노출되지 않도록 고정체의 내면으로부터 소정거리 이격되어 형성될 수 있다.

한편, 센서부는 작동유가 수용된 복수개의 공간의 압력을 각각 측정하도록 구성되는 복수의 압력센서를 포함하여 구성될 수 있으며, 고정체는 복수의 압력센서가 설치되는 복수의 압력센서 홈, 및 복수의 압력센서 홈과 복수의 공간이 각각 유체적으로 연통되는 복수의 압력측정유로가 구비되며, 복수의 압력센서는 복수의 압력센서 홈에 각각 설치될 수 있다.

또한, 센서부는 회전체의 회전위치를 측정하도록 구성되는 위치센서를 포함하여 구성될 수 있으며, 위치센서는 회전체와 인접하여 고정체의 외면에 축방향으로 설치되며, 위치센서가 외부에 노출되지 않도록 외측에서부터 고정체와 축방향으로 결합되는 위치센서 하우징을 더 포함하여 구성될 수 있다.

한편, 제어부는 회전체와 인접하여 고정체의 외면에 축방향으로 설치되며, 제어부가 외부에 노출되지 않도록 위치센서 하우징과 하우징 캡 사이에 설치될 수 있다.

그리고 고정체는 원통형상으로 구성되는 하우징, 중심부분에 회전체의 일부가 축방향으로 삽입되며, 하우징과 축방향으로 결합되는 하우징 캡을 포함하여 구성될 수 있다.

전술한 배선채널은, 하우징의 내면에서 소정거리 이격되어 형성되며, 하우징을 축방향으로 관통하여 형성될 수 있다.

또한, 제어부는 하우징 캡의 일측에 설치되며, 제어부가 외부에 노출되지 않도록 외측에서부터 하우징 캡과 축방향으로 결합되는 위치센서 하우징을 더 포함하여 구성되며, 배선채널은 하우징에 설치되는 밸브 또는 위치센서가 제어부와 연결되는 배선이 위치할 수 있도록 하우징 및 하우징 캡을 관통하여 형성되며, 하우징과 하우징 캡이 결합시 하우징의 배선채널과 하우징 캡의 배선채널이 통하도록 구성될 수 있다.

한편, 하우징은 외면에 반경방향으로 형성된 밸브설치 홈이 형성되며, 밸브는 밸브설치 홈에 설치될 수 있다.

그리고, 하우징은 내측에 회전체의 중심방향으로 돌출되어 있는 고정체 베인을 더 포함하여 구성되며, 밸브설치 홈은 고정체의 외면으로부터 고정체 베인이 돌출된 방향으로 형성될 수 있다.

또한, 하우징은 스풀이 삽입되어 슬리이딩 되도록 구성되는 슬리브가 형성되며 밸브설치 홈은 슬리브와 통하도록 개구가 형성되며, 구체적으로 슬리브는 고정체 베인에 축방향으로 형성될 수 있고, 밸브는 플래퍼(Flapper) 및 노즐을 포함한 플래퍼 스테이지로 구성되며, 밸브설치 홈에 설치되어 플래퍼가 개구를 통하여 스풀을 구동할 수 있도록 구성될 수 있다.

나아가 하우징은, 복수의 압력센서가 설치되는 복수의 압력센서 홈이 형성되며, 복수의 압력센서 홈과 복수의 공간이 각각 유체적으로 연통되는 복수의 압력측정유로가 구비되며, 복수의 압력센서는 복수의 압력센서 홈에 각각 설치될 수 있다.

한편, 복수의 압력센서 홈은 두 개로 구성되며 작동유를 수용하는 공간으로부터 소정거리 이격된 하우징의 일면으로부터 축방향으로 형성될 수 있다.

그리고 고정체는 외부의 작동유가 고정체를 통하여 밸브에 유출입 될 수 있도록 외부로부터 밸브까지 작동유의 유로를 형성하는 입력 포트 및 출력포트를 더 포함할 수 있다.

또한 고정체의 외측에 구비되어 외부로부터 제어부의 기준값 및 파워를 공급받을 수 있도록 구성되는 커넥터 및 제어부와 커넥터를 전기적으로 연결하며, 배선채널을 통하여 배치되는 배선을 더 포함하여 구성될 수 있다.

추가로 전술한 일체형 유압 로터리 액추에이터를 포함하여, 유압 로터리 액추에이터를 제어하는 중앙제어장치 및 유압 로터리 액추에이터와 연결되어 회전력을 전달받아 회전운동하도록 구성되는 링크를 포함하여 구성되는 로봇이 제공될 수 있다.

본 발명에 따른 일체형 유압 로터리 액추에이터는 로터리 액추에이터의 제어에 필요한 밸브, 센서, 제어부, 구동부가 일체형으로 구비되어 각 구성요소를 연결하는 배선이 외부로 노출되지 않도록 구성되므로 구동시 간섭으로 인한 손상을 방지할 수 있으며, 유지보수가 용이한 효과가 있다.

또한 제어부를 포함하여 일체형으로 구성되므로 본 발명에 따른 액추에이터를 부품으로 사용할 때 다른 부품과의 연결이 쉽고 간섭을 줄일 수 있어 최종제품의 설계 및 제작이 용이해지는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 실시예의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 실시예의 부분절개도이다.
도 3은 본 발명에 따른 실시예의 분해사시도이다.
도 4는 배선라인을 포함한 실시예의 분해사시도이다.
도 5는 도 3의 고정체의 배선 및 배선채널을 뒤쪽에서 바라본 확대사시도이다.
도 6은 도 5의 배선채널의 부분확대도이다.
도 7은 본 발명에 따른 제2 실시예의 밸브설치 홈을 나타낸 확대사시도이다.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 일체형 유압 로터리 액추에이터에 대하여, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 이하의 실시예의 설명에서 각각의 구성요소의 명칭은 당업계에서 다른 명칭으로 호칭될 수 있다. 그러나 이들의 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 변형된 실시예를 채용하더라도 균등한 구성으로 볼 수 있다. 또한 각각의 구성요소에 부가된 부호는 설명의 편의를 위하여 기재된다. 그러나 이들 부호가 기재된 도면상의 도시 내용이 각각의 구성요소를 도면내의 범위로 한정하지 않는다. 마찬가지로 도면상의 구성을 일부 변형한 실시예가 채용되더라도 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 균등한 구성으로 볼 수 있다. 또한 당해 기술분야의 일반적인 기술자 수준에 비추어 보아, 당연히 포함되어야 할 구성요소로 인정되는 경우, 이에 대하여는 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 실시예의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 실시예의 부분절개도이며, 도 3은 본 발명에 따른 실시예의 분해사시도이고, 도 4는 배선라인을 포함한 실시예의 분해사시도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예는 유압 로터리 액추에이터는 고정체(100), 회전체(200), 위치센서(400), 압력센서(500a,b), 제어부(600), 커넥터(700), 베어링(900)을 포함하여 구성될 수 있다.

고정체(100)는 유압 로터리 액추에이터의 전체적인 외관을 형성하며, 원기둥형태로 구성될 수 있으며, 내측에는 회전체(200)가 삽입되어 회전가능하도록 구성될 수 있다. 고정체(100)의 내면은 회전체(200)의 외면과 작동유가 수용되는 공간을 형성한다.

고정체(100)는 원통형상의 측면부를 형성하는 하우징(110)과 축방향의 양측에서 하우징(100)과 결합되는 하우징 캡(120)을 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 하우징(110) 내측에 회전체(200)가 축방향으로 삽입되고, 하우징(110)의 축방향 양측에서 하우징 캡(120)이 결합되어 삽입된 회전체(200)가 축방향으로 이탈하는 것을 방지한다. 한편 이러한 하우징(110)과 하우징 캡(120)의 체결부위에는 내측에 수용된 작동유의 누출을 방지하도록 실링부재(미도시)가 위치할 수 있다. 다만, 하우징(110) 및 하우징 캡(120)은 내측에 작동유의 수용공간을 형성시키는 다양한 구성으로 변형될 수 있다.

한편 후술할 회전체(200)에 형성된 회전체 베인(201)에 대응하여, 고정체(100)의 내측에는 회전축의 중심방향으로 돌출되어 있는 고정체 베인(101)이 형성될 수 있다. 고정체 베인(101)의 회전축 중심방향의 면은 회전체의 외면과 접촉하고, 회전체 베인(201)의 반경방향 면은 고정체의 내면과 접촉하여 작동유가 수용되는 공간을 두 개로 분할한다. 이때, 두 개의 공간에 작용하는 작동유의 압력차이로 인하여 회전체가 구동하게 된다. 즉, 회전체 베인(201)을 기준으로 회전방향의 양측에 형성된 공간에 수용되는 작동유의 압력차이로 인하여 회전력을 발생시킬 수 있도록 구성된다. 한편 본 실시예에서와 같이 싱글베인형(single-vane type)인 경우 구동각은 270도 이상의 큰 각으로 구동이 될 수 있다. 다만 이러한 베인의 수는 일 예일 뿐 2개 이상으로 구성될 수 있고, 구동 목적에 따라 형상, 폭 등을 달리하여 토크, 회전각이 다양하게 구동이 가능하도록 변형될 수 있다.

고정체 베인(101) 및 회전체 베인(201)의 끝단에는 축방향으로 고정체 베인 실(102) 및 회전체 베인 실(202)이 설치될 수 있다. 각 베인(101,201)의 양측에 형성된 작동유 수용공간 사이에 작동유의 누출이 발생하는 경우, 회전체(200)의 효율이 감소되는 것을 방지하기 위한 구성이다. 또한, 회전체(200)와 하우징 캡(120) 사이로 작동유가 축방향으로 누출되는 것을 방지하기 위하여 하우징 캡(120)과 회전체(200) 사이에 샤프트 실(미도시)이 구비될 수 있다. 한편 이와 같은 베인 실(102,202) 및 샤프트 실(미도시)의 형상은 일 예일 뿐 다양하게 적용될 수 있으며, 이러한 실(seal)의 구성은 널리 적용되고 있는 구성이므로 더 이상의 상세한 설명은 생략하도록 한다.

전술한 바와 같이, 고정체(100)와 회전체(200)는 회전력을 발생시키며, 외부의 부품과 각각 연결되어 외부 부품을 상대적으로 회전시킬 수 있도록 구성된다. 예를 들어 로봇 팔(Robot-arm)에 적용되는 경우 고정체(100)와 회전체(200)는 두 개의 구조물을 연결하는 관절이 되며, 두 링크를 상대적으로 회전시켜 로봇 팔이 회전구동 하도록 구성될 수 있다. 고정체(100)의 측면에는 링크와 연결되기 위한 연결홈이 형성되어 있고, 회전체(200)의 축방향 끝단에는 다른 링크와 연결되기 위한 링크 커넥터 블록(210)이 체결되어 있다. 단, 회전체(200)의 축방향으로 형성된 연결홈이 나타나 있으나, 이는 일 예일 뿐, 회전체(200) 자체가 외부의 구조물과 연결되도록 구성될 수 있다.

한편 베어링(900)은 회전체(200)의 축방향 양측에서 축방향의 힘을 지지하여 원활한 회전이 이루어질 수 있도록 구성되며, 하우징 캡(120)의 외측에서 하우징 캡(120)의 내측에 축방향으로 설치될 수 있다.

다시 고정체를 살펴보면, 밸브(300), 입력포트(330), 출력포트(340), 센서부, 제어부(600)는 각각 고정체(100)에 설치된다.

밸브(300)는 고정체(100) 내의 복수의 공간에 작동유를 공급하기 위하여 구성된다. 밸브(300)는 서보밸브(300)로 구성될 수 있으며, 작동신호에 따라 작동유가 공급되는 방향을 달리하여 공급되도록 구성된다. 작동신호는 후술할 제어부(600)로부터 수신될 수 있으며 작동신호에 따라 밸브의 플래퍼(flapper)가 작동하여 스풀(310)을 구동시키는 구성으로 구성될 수 있다. 한편 이러한 밸브(300)의 작동원리는 널리 적용되는 것이므로 더 이상의 상세한 설명은 생략하도록 한다.

밸브(300)는 하우징(110)에 형성된 밸브설치 홈(160)에 설치될 수 있다. 밸브설치 홈(160)은 하우징(110)의 외측면에서 고정체 베인(101)의 내측 방향으로 오목하게 형성된다. 또한, 밸브설치 홈(160)은 밸브(300)와 하우징(110) 내측의 작동유 수용공간과 연결되는 관로 및 입력포트(330) 및 출력포트(340)와 연통되도록 구성될 수 있다. 이러한 밸브(300)에 대하여는 도 7을 참조하여 차후 상세히 설명하기로 한다.

입력포트(330) 및 출력포트(340)는 고정체(100)의 외부로부터 내측의 밸브(300)까지 작동유의 관로를 형성한다. 입력포트(330)는 외부로부터 작동유가 유입되는 유로를 형성하며, 출력포트(340)는 외부로 작동유가 유출되는 유로를 형성한다. 입력포트(330) 및 출력포트(340)는 고정체(100)를 통과하여 고정체(100)에 설치된 밸브(300)까지 연결된다.

입력포트(330) 및 출력포트(340)는 도 3을 기준으로 뒤쪽에 설치된 하우징 캡(120)을 축방향으로 통과한 뒤, 하우징(110)을 통하여 밸브(300)까지 축방향으로 형성된다. 한편 이러한 입력포트(330) 및 출력포트(340)의 형상 및 위치는 다양하게 변형될 수 있다.

작동유는 외부로부터 입력포트(330)를 통하여 고정체(100) 내측으로 유입되며, 이후 밸브(300)로 이동하고 밸브(300)에서 선택적으로 고정체(100) 내부에 구획된 작동유 수용공간에 공급된다. 이때 유압이 작용하여 회전체 베인(202)에 작용하여 회전체(200)가 회전하게 된다. 이때, 반대측 수용공간에 있던 작동유는 반대로 밸브(300)를 통과하고 출력포트(340)를 통하여 액추에이터 외측으로 유출되게 된다. 한편 밸브(300)의 구성에 대하여는 후술하기로 한다.

센서부는 위치센서(400) 및 압력센서(500a,500b)를 포함하여 구성될 수 있다. 위치센서(400)는 회전체(200)의 회전위치를 측정할 수 있도록 구성되며, 압력센서(500a,500b)는 고정체(100) 내의 작동유 수용공간에 인가된 작동유의 압력을 측정할 수 있도록 구성된다.

위치센서(400)는 하우징 캡(120)의 외측으로 돌출된 회전체(200)의 일부를 감싸도록 하우징 캡(120)의 외측면에 축방향으로 설치되며, 회전체(200)의 회전각을 측정하도록 구성된다. 한편 위치센서(400)가 설치되는 하우징 캡(120)의 외측에는 이러한 위치센서(400)의 형상에 대응하여 그루브가 형성되어 위치센서(400)가 설치되는 공간을 제공하도록 구성될 수 있다. 위치센서(400)는 그루브 내측에 설치될 수 있도록 납작한 고리형상으로 구성될 수 있다. 다만, 위치센서(400)의 형상은 일 예일 뿐 다양하게 변형될 수 있다.

하우징 캡(120)의 축방향 외측에는 위치센서 캡(410)이 설치될 수 있다. 위치센서 캡(410)은 하우징 캡(120)과 결합되어 내측에 축방향으로 공간이 형성되도록 설치될 수 있다. 이 공간에 위치센서(400)와 후술할 제어부(600)가 설치될 수 있다.

다만, 이러한 위치센서(400)은 널리 사용되고 있으므로 위치센서(400)의 구성 및 작동원리에 대하여는 상세한 설명을 생략하도록 한다.

하우징(110)의 축방향 양 측면에 오목하게 형성된 압력센서 홈(510)이 각각 형성될 수 있다. 압력센서 홈(510)은 후술할 압력센서(500a, 500b)의 형상에 대응하여 오목한 형상으로 형성될 수 있다. 각 압력센서 홈(510)의 일측은 작동유 수용공간과 관로를 통하여 연통되도록 구성될 수 있다.

압력센서(500a,500b)는 고정체(100) 내측에 형성된 작동유의 수용공간의 압력을 측정할 수 있도록 구성된다. 압력센서(500a,500b)는 각 압력센서 홈(510)에 삽입되어 설치될 수 있다. 압력센서(500a,500b)는 압력센서 홈(510)에 설치되어 압력센서 홈(510)의 일측으로부터 형성된 압력측정유로(미도시)에 있는 작동유의 압력을 측정할 수 있도록 구성된다.

다만, 전술한 압력센서 홈(510)의 위치는 일 예이며, 고정체(100)에 압력센서(500a, 500b)가 삽입될 수 있는 형상으로 다양하게 변형되어 적용될 수 있다. 또한 압력센서(500a, 500b)는 직접 작동유 수용공간에 설치될 수 있으며, 고정체(100)에 반경방향으로 삽입되어 설치되는 등 설치위치 또한 다양하게 변형될 수 있다.

제어부(600)는 외부로부터 회전체(200)를 회전구동하는 기준입력값을 수신하고, 밸브(300)를 제어하여 회전체(200)를 원하는 각도로 회전구동시키기 위하여 구성된다. 이때 위치센서(400) 및 압력센서(500a,500b)로부터 측정된 값을 피드백하여 밸브(300)의 구동에 필요한 제어입력 값을 산출할 수 있다.

제어부(600)는 고정체(100)의 외측에 설치되며, 회전체(200)를 감싸며, 하우징 캡(120)의 외측에 회전체(200)를 감싸는 위치에 설치될 수 있다. 제어부(600)는 전술한 위치센서(400)와 함께 하우징 캡(120)과 위치센서 하우징(410)의 사이의 공간에 축 방향으로 설치된다. 따라서 위치센서 캡(410) 및 하우징 캡(120)에 의해 외부로 노출이 되지 않는다. 한편 제어부(600)는 위치센서 캡(410) 및 하우징 캡(120) 사이의 공간에 설치될 수 있도록 고리형상으로 구성될 수 있다. 한편 이러한 제어부(600)의 설치 위치 및 형상은 외측으로 노출되지 않는 구성이라면 다양하게 구성되고 변형될 수 있으며, 전술한 형상 및 설치위치에 한정되지 않는다.

제어부(600)는 기준입력 값에 대응하여 회전체(200)를 회전구동시키도록 밸브(300)를 구동하는 신호를 발생시키며, 회전체(200)에 인가되는 외부 하중에 따라서 다양한 제어입력을 발생시키도록 구성될 수 있다. 구체적으로 소정위치에서 고정되어있는 회전체(200)에 외력이 작용하여 작동유의 수용공간의 압력이 변화하는 경우, 압력센서(500a, 500b)로부터 측정된 압력 측정값을 이용하여 컴플라이언스 제어(The Compliance Control) 등이 수행되도록 구성될 수 있다. 다만, 제어부(600)의 기능은 컴플라이언스 제어에 한정하지 않으며, 제이 외에도 센서부의 측정값을 피드백하여 밸브(300)를 제어하는 다양한 제어방법이 적용될 수 있다.

커넥터(700)는 고정체(100)의 외측에 반경방향으로 설치되며, 제어부(600)에 신호를 전달하며, 밸브(300), 압력센서(500a,500b), 위치센서(400), 제어부(600)를 구동하기 위한 전력을 공급하도록 구성된다. 커넥터(700)는 외부의 중앙제어장치 또는 컴퓨터와 연결되어 로터리 액추에이터를 구동하고자 하는 기준입력을 수신하도록 구성될 수 있다. 한편, 이러한 커넥터(700)는 로터리 액추에이터의 외측면에 다양한 위치에 설치될 수 있고, 또한, 커넥터(700)의 구성은 널리 사용되고 있으므로 더 이상의 상세한 설명은 생략하도록 한다.

이하에서는 도 5 및 도 6을 참조하여 배선 및 배선채널에 대하여 설명하기로 한다.

도 5는 도 3의 고정체의 배선 및 배선채널을 뒤쪽에서 바라본 확대사시도이며, 도 6은 도 5의 배선채널의 부분확대도이다.

도시된 바와 같이, 배선(800)은 밸브(300), 위치센서(400), 압력센서(500a, 500b), 커넥터(700) 각각을 제어부(600)와 연결하도록 설치될 수 있다.

배선채널(150)은 하우징(110)을 기준으로 축 방향 양측에 위치한 구성요소를 연결하는 배선(800)이 하우징(110)을 통과하여 배치될 수 있도록 형성된다. 배선채널(150)은 하우징(110), 하우징 캡(120)을 축방향으로 관통하며 설치될 수 있다. 배선채널(150)은 작동유가 수용되는 공간에 영향을 미치지 않도록 작동유가 접촉하는 하우징(110) 및 하우징 캡(120)의 내면과 소정거리 이격되며 축방향을 관통하도록 형성될 수 있다. 또한 배선채널(150)은 하우징(110)에 설치된 밸브(300) 및 작동유의 관로와 간섭이 일어나지 않도록 적절한 위치에 형성될 수 있다.

한편 배선채널(150)은 하우징(110)을 축방향으로 관통하여 설치된 예나 도시되어 있으나, 다양한 각도, 다양한 단면 형상으로 형성될 수 있으며, 하우징(110)을 가로지르며 배선(800)이 배치될 수 있도록 외면에 그루브 등으로 형성되는 등 다양하게 변형될 수 있다. 또한, 제어부(600), 밸브(300), 위치센서(400), 압력센서(500a,500b) 등 전기적으로 연결되는 구성요소의 설치 위치에 따라 다양하게 변형되고, 복수로 구성될 수 있다.

배선(800)은 각 구성요소로부터 배선채널(150)까지의 배선(800)이 위치하는 경로가 작동유가 수용되는 공간에 영향을 미치지 않도록 작동유와 접촉하는 고정체(100)의 내면과 소정거리 이격되어 배치될 수 있다.

다시 도 5를 살펴보면, 두 개의 압력센서(500a,500b) 중 제어부(600)측에 위치한 압력센서(500a)와 연결되는 배선은 하우징(110)의 외주를 따라 둘러가며 배치되고, 하우징 캡(120)에 형성된 배선채널(150)은 통과하여 제어부(600)와 연결된다. 반면 반대측에 위치한 압력센서(500b)와 연결되는 배선(800)은 하우징(110)의 외주를 따라 둘러가며 배치되고 이후 하우징(110)의 배선채널(150)을 통과한 뒤 하우징 캡(150)에 형성된 배선채널(150)을 통과하여 제어부(600)와 연결된다. 한편, 이와 같은 각 압력센서(500a, 500b)와 제어부(600)를 연결하는 배선(800)의 배치는 일 예일 뿐, 다양하게 변형될 수 있다.

한편, 전술한 바와 같이, 압력센서(500a, 500b)의 설치 위치가 변경되는 경우, 즉, 제어부(600)와 인접한 하우징(110)의 일측에 두 개의 압력센서(500a, 500b)가 모두 설치되는 경우, 압력센서(500a, 500b)와 제어부를 연결하는 배선은 하우징(110)에 형성된 배선채널(150)을 통과하지 않도록 구성될 수 있다.

한편, 위치센서(400)와 제어부(600)가 하우징 캡(120)의 일측에 구비되는 경우 배선채널(150)을 통과하지 않고 서로 연결될 수 있다.

배선채널(150)에는 제어부(600)와 커넥터를 연결하여 기준입력을 입력받도록 구성되는 배선(800)이 다른 배선(800)들과 함께 배치될 수 있다. 그리고 커넥터로부터 배선채널(150)에 배치된 배선(800)을 통하여 제어부(600), 위치센서(400), 압력센서(500a,500b), 밸브(300) 중 적어도 하나의 구성요소에 파워를 공급하도록 구성될 수 있다.

제어부(600)와 밸브(300)를 연결하는 배선(800)도 마찬가지로 배선채널(150)을 통하여 연결될 수 있다.

이와 같이 고정체(100)에 형성된 배선채널(150)을 이용하여 배선(800)을 위치시킬 수 있으므로, 배선(800)이 외측에 노출되지 않는다.

도 7은 본 발명에 따른 실시예의 밸브설치 홈을 나타낸 확대사시도이다.

도시된 바와 같이 하우징(110)의 일측에는 밸브설치 홈(160)이 형성될 수 있으며, 밸브설치 홈(160)에 인접한 하우징(110)의 일측에는 밸브(300)의 스풀(310)이 슬라이딩 가능하도록 구성된 슬리브(311)가 형성될 수 있다.

즉 밸브(300)의 스풀 스테이지가 하우징(110)과 일체화되어 구성되며, 밸브설치 홈(160)에 플래퍼 스테이지(Flapper Stage,320)가 설치되어 밸브(300)가 완성되도록 구성될 수 있다. 슬리브(311)에는 작동유의 수용공간과 연통되는 A,B 유압라인이 연통되며, 작동유의 유출입 경로가 되는 입력포트(330) 및 출력포트(340)와 연통될 수 있다. 이와 같이 구성된 경우 유압 로터리 액추에이터가 소형으로 구성되는 경우, 밸브(300)의 구조 중 일부를 하우징(110)에 형성시켜 밸브공간이 협소한 문제점을 해결할 수 있다. 다만 이와같은 구성은 노즐플래퍼 방식의 밸브(300)를 예를 든 것이며, Zet-Nozzle, DDV(Direct Drive Valve) 등 다양한 종류의 서보밸브가 적용 될 수 있으며, 서보밸브의 전부 또는 일부가 밸브설치 홈(160)에 설치되도록 밸브설치 홈(600) 및 밸브(300)가 변형되어 적용될 수 있다.

이상에서 설명한 일체형 유압 로터리 액추에이터는 액추에이터를 제어하는데 필요한 구성요소가 외부에 노출되지 않고, 연결하는 배선 또한 외부로 노출이 되지 않고 소형으로 제작할 수 있다. 따라서 로터리 액추에이터를 설치하여 구동하는 경우에도 각 부품간 간섭을 획기적으로 줄일 수 있으며, 설계자유도를 높일 수 있다. 또한 외부의 중앙제어장치와 같은 기기와 연결될 때 커넥터 하나로 기준입력을 인가할 수 있도록 구성되므로 외부와 연결되는 배선을 최소화 할 수 있으며, 유압라인 또한 하우징의 일측으로 구비되어 링크 등에 의해 연결되어 공급받을 수 있게 되므로 간섭 및 설계자유도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

100: 고정체 101: 고정체 베인
102: 고정체 베인 실
110: 하우징 120: 하우징 캡
150: 배선채널 160: 밸브설치 홈
200: 회전체 201: 회전체 베인
202: 회전체 베인 실 210: 링크 커넥터 블록
300: 밸브 310: 스풀
311: 슬리브
320: 플래퍼 스테이지
330: 입력포트 340: 출력포트
400: 위치센서 410: 위치센서 캡
500a,500b: 압력센서 510: 압력센서 홈
600: 제어부
700: 커넥터
800: 배선
900: 베어링

Claims

내측에 작동유가 수용되는 중공이 형성되며, 내면에 돌출되어 형성된 고정체 베인을 포함하여 구성된 고정체;
상기 고정체에 삽입되어 회전가능하게 설치되며, 상기 중공을 복수의 공간으로 분할하는 회전체 베인을 포함하는 회전체;
상기 고정체의 일측에 구비되어, 상기 복수의 공간에 공급되는 상기 작동유의 공급방향을 변환시켜 상기 회전체를 회전시키도록 구성되는 밸브;
상기 복수의 공간에 수용된 상기 작동유의 상태 또는 상기 회전체의 상태를 측정하도록 구성되는 센서부;
상기 고정체의 일측에 설치되며, 외부에서 입력된 기준값 및 상기 센서부에서 측정된 값을 근거로 상기 회전체를 제어하기 위한 제어입력을 발생시키는 제어부; 및
상기 제어부와 상기 밸브 및 상기 제어부와 상기 센서부를 전기적으로 연결하며, 외부로 노출되지 않도록 상기 고정체의 내측으로 배치되는 배선을 포함하며,
상기 밸브의 구성 중 일부가 상기 고정체에 형성될 수 있도록 상기 고정체 베인에 축방향으로 관통되며, 내측에 스풀이 삽입되는 슬리브를 포함하는 일체형 유압 로터리 액추에이터.
제1 항에 있어서,
상기 고정체는,
적어도 하나의 상기 배선이 내측에 배치되는 적어도 하나의 배선채널이 형성된 것을 특징으로 하는 일체형 유압 로터리 액추에이터.
제2 항에 있어서,
상기 배선채널은 상기 작동유의 수용공간에 노출되지 않도록 상기 고정체의 내면으로부터 소정거리 이격되어 형성되는 것을 특징으로 하는 일체형 유압 로터리 액추에이터.
제3 항에 있어서,
상기 센서부는 상기 작동유가 수용된 상기 복수의 공간의 압력을 각각 측정하도록 구성되는 복수의 압력센서를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 일체형 유압 로터리 액추에이터.
제3 항에 있어서,
상기 고정체는 상기 복수의 압력센서가 설치되는 복수의 압력센서 홈; 및 상기 복수의 압력센서 홈과 상기 복수의 공간이 각각 유체적으로 연통되는 복수의 압력측정유로;가 구비되며,
상기 복수의 압력센서는 상기 복수의 압력센서 홈에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 일체형 유압 로터리 액추에이터.
제3 항에 있어서,
상기 센서부는,
상기 회전체의 회전위치를 측정하도록 구성되는 위치센서를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 일체형 유압 로터리 액추에이터.
제6 항에 있어서,
상기 위치센서는 상기 회전체와 인접하여 상기 고정체의 외면에 축방향으로 설치되며,
상기 위치센서가 외부에 노출되지 않도록 외측에서부터 상기 고정체와 축방향으로 결합되는 위치센서 하우징을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 일체형 유압 로터리 액추에이터.
제7 항에 있어서,
상기 고정체는,
원통형상으로 구성되며, 상기 고정체 베인을 포함하는 하우징; 및
중심부분에 상기 회전체의 일부가 축방향으로 삽입되며, 상기 하우징과 축방향으로 결합되는 하우징 캡;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 일체형 유압 로터리 액추에이터.
제8 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 회전체와 인접하여 상기 고정체의 외면에 축방향으로 설치되며,
상기 제어부가 외부에 노출되지 않도록 상기 위치센서 하우징과 상기 하우징 캡 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 일체형 유압 로터리 액추에이터.
제9 항에 있어서,
상기 배선채널은,
상기 하우징의 내면에서 소정거리 이격되어 형성되며,
상기 하우징을 축방향으로 관통하여 형성되는 것을 특징으로 하는 일체형 유압 로터리 액추에이터.
제10 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 하우징 캡의 일측에 설치되며,
상기 제어부가 외부에 노출되지 않도록 외측에서부터 상기 하우징 캡과 축방향으로 결합되는 위치센서 하우징을 더 포함하여 구성되며,
상기 배선채널은,
상기 하우징에 설치되는 상기 밸브 또는 상기 하우징에 설치되는 상기 위치센서와 상기 제어부를 연결하는 상기 배선이 위치할 수 있도록 상기 하우징 및 상기 하우징 캡을 관통하여 형성되며,
상기 하우징과 상기 하우징 캡이 결합시 상기 하우징의 배선채널과 상기 하우징 캡의 배선채널이 통하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 일체형 유압 로터리 액추에이터.
제10 항에 있어서,
상기 하우징은 외면에 반경방향으로 형성된 밸브설치 홈이 형성되며,
상기 밸브는 플래퍼 및 노즐을 포함하는 플래퍼 스테이지를 포함하여 구성되며, 상기 플래퍼 스테이지는 상기 밸브설치 홈에 삽입되어 설치되는 것을 특징으로 하는 일체형 유압 로터리 액추에이터.
제12 항에 있어서,
상기 하우징은 내측에 상기 회전체의 중심방향으로 돌출되어 있는 고정체 베인이 구비되며,
상기 밸브설치 홈은 상기 하우징의 외면으로부터 상기 고정체 베인이 돌출된 방향으로 오목하게 형성된 것을 특징으로 하는 일체형 유압 로터리 액추에이터.
제13 항에 있어서,
상기 밸브설치 홈은 상기 작동유가 상기 슬리브를 통하여 상기 플래퍼 스테이지에 포함된 상기 노즐에 공급될 수 있도록 복수의 개구가 형성되는 것을 특징으로 하는 일체형 유압 로터리 액추에이터.
제14 항에 있어서,
상기 밸브는 상기 플래퍼의 일부는 상기 개구 중 하나로 삽입되어 상기 스풀을 구동할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 일체형 유압 로터리 액추에이터.
제10 항에 있어서,
상기 하우징은,
상기 복수의 압력센서가 설치되는 복수의 압력센서 홈이 형성되며,
상기 복수의 압력센서 홈과 상기 복수의 공간이 각각 유체적으로 연통되는 복수의 압력측정유로가 구비되며,
상기 복수의 압력센서는 상기 복수의 압력센서 홈에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 일체형 유압 로터리 액추에이터.
제16 항에 있어서,
상기 복수의 압력센서 홈은,
두 개로 구성되며,
상기 작동유를 수용하는 공간으로부터 소정거리 이격된 상기 하우징의 일면으로부터 축방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 일체형 유압 로터리 액추에이터.
제3 항에 있어서,
상기 고정체는,
외부의 상기 작동유가 상기 고정체를 통하여 상기 밸브에 유출입 될 수 있도록 외부로부터 상기 밸브까지 상기 작동유의 유로를 형성하는 입력 포트 및 출력포트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 유압 로터리 액추에이터.
제3 항에 있어서,
상기 고정체의 외측에 구비되어 외부로부터 상기 제어부의 기준값 및 파워를 공급받을 수 있도록 구성되는 커넥터; 및
상기 제어부와 상기 커넥터를 전기적으로 연결하며, 상기 배선채널을 통하여 배치되는 배선을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 일체형 유압 로터리 액추에이터.
유압 로터리 액추에이터;
상기 유압 로터리 액추에이터를 제어하는 중앙제어장치; 및
상기 유압 로터리 액추에이터와 연결되어 회전력을 전달받아 회전운동하도록 구성되는 링크;를 포함하여 구성되되,
상기 유압 로터리 액추에이터는,
내측에 작동유가 수용되는 중공이 형성되며, 내면에 돌출되어 형성된 고정체 베인을 포함하여 구성된 고정체;
상기 고정체에 삽입되어 회전가능하게 설치되며, 외면이 상기 고정체이 함께 작동유가 수용되는 공간을 복수 형성하는 회전체,
상기 고정체의 일측에 구비되어, 상기 복수의 공간에 공급되는 상기 작동유의 공급방향을 변환시켜 상기 회전체를 회전시키도록 구성되는 밸브,
상기 복수의 공간에 수용된 상기 작동유의 상태 또는 상기 회전체의 상태를 측정하도록 구성되는 센서부,
상기 고정체의 일측에 설치되며, 외부에서 입력된 기준값 및 상기 센서부에서 측정된 값을 근거로 상기 회전체를 제어하기 위한 제어입력을 발생시키는 제어부, 및
상기 제어부와 상기 밸브 및 상기 제어부와 상기 센서부를 전기적으로 연결하며, 외부로 노출되지 않도록 상기 고정체의 내측으로 배치되는 배선을 포함하며,
상기 밸브의 구성 중 일부가 상기 고정체에 형성될 수 있도록 상기 고정체 베인에 축방향으로 관통되며, 내측에 스풀이 삽입되는 슬리브를 포함하는 일체형 유압 로터리 액추에이터를 포함하는 로봇.