KR101750306B1

KR101750306B1 - 회전 구동 장치

Info

Publication number: KR101750306B1
Application number: KR1020160002390A
Authority: KR
Inventors: 이팅 로; 친엔 수
Original assignee: 히윈 테크놀러지스 코포레이션
Priority date: 2015-12-21
Filing date: 2016-01-08
Publication date: 2017-06-23
Also published as: US9719553B2; DE102015122705B4; CN106903714B; JP6174107B2; JP2017115906A; CN106903714A; DE102015122705A1; US20170184145A1

Abstract

회전 구동 장치는 구동원 및 피동 장치에 각각 동역학적으로 연결되는 두 개의 단부를 갖는 크랭크샤프트를 포함한다. 구동원은 크랭크샤프트를 구동하여 피동 장치를 회전시킨다. 크랭크샤프트는 구조적으로 변화하여 샤프트부의 두 개의 단부가 상이한 중심 각도로 회전 구동부 및 피동부에 각각 연결되게 만들고, 이는 공간을 샤프트부의 두 개의 측면에 위치되는 두 개의 부공간으로 분할하고, 와이어가 샤프트부의 양측에서 부공간에 배열되어, 와이어 분포의 유연성을 향상시키면서 운동의 회전 범위를 향상시킨다.

Description

회전 구동 장치{ROTATION DRIVE DEVICE}

본 발명은 구동 장치, 특히 회전 구동 장치에 관한 것이다.

자동화의 성숙으로, 자동화 기계는 상이한 자동화 작동을 수행하도록 다양한 구동 장치를 채용해야만 하고, 대부분의 구동 장치는 일반적으로 선형 운동 및 회전 운동의 장치로 분류된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 관절형 로봇 아암(10) 내측에는 크랭크샤프트(12)에 동역학적으로 연결되는 구동원(11)이 제공되고, 크랭크샤프트(12)는 피동 장치(13)를 구동 회전시킨다.

크랭크샤프트(12)는 서로 순차적으로 연결되는 피동부(123), 샤프트부(122) 및 구동부(121)를 포함한다. 구동부(121)는 피동부(123) 보다 작은 직경을 갖고, 구동부(121) 및 피동부(123)는 동심을 이루어 배열된다. 샤프트부(122)는 원의 동일한 중심 각도로, 구동부 및 피동부(121, 123)에 연결되는 두 개의 단부를 갖는다. 동일한 중심 각도는 구동부(121) 및 피동부(123)가 서로 동심을 이루는 조건 하에서, 샤프트부(122)의 두 개의 단부의 위치를 지칭한다.

샤프트부(122)의 두 개의 단부가 동일한 중심 각도로 위치되기 때문에, 즉 샤프트부(122)가 구동부 및 피동부(121, 123) 사이의 공간의 최외주연부를 따라 연장되기 때문에, 와이어는 단지 샤프트부(112)의 일 측면에 할당될 수 있고, 이는 회전 구동 장치(13)의 회전에 악영향을 미치고, 와이어의 마모율을 증가시킬 것이다. 또한, 기존 중공 기어 감속기의 배선 공간이 중공 샤프트의 직경에 의해 제한된다. 대경 중공 샤프트는 큰 배선 공간을 제공할 수도 있지만, 로봇 아암의 크기 및 비용을 증가시킬 것이고, 또한 로봇 아암의 유연성에 해를 끼칠 것이다.

본 발명은 상술된 단점들을 없애고 그리고/또는 완화하려는 것이다.

본 발명은 배선 제한, 제한된 회전 각도, 증가된 와이어 마모율, 및 낮은 유연성과 같은, 종래의 회전 구동 장치의 크랭크샤프트의 상술된 단점들을 해소하는 회전 구동 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

따라서, 본 발명에 의해 제공되는 회전 구도 장치는, 구동원과, 일 단부가 상기 구동원에 연결되어 구동원에 의해 회전되는 크랭크샤프트로서, 크랭크 샤프트는 순차적으로, 회전 구동부, 샤프트부 및 피동부를 포함하고, 샤프트부는 회전 구동부 및 피동부에 각각 연결되는 두 개의 단부를 갖고, 회전 구동부는 회전 구동부의 말단 단부면의 중심에 형성되는 말단 단부면 중심점을 포함하고, 피동부는 피동부의 말단 단부면의 중심에 형성되는 말단 단부면 중심점을 포함하고, 두 개의 말단 단부면 중심점은 서로 동심을 이루고, 가상의 원이 두 개의 말단 단부면 중심점 상에 중심 설정되어 있고, 샤프트부의 두 개의 단부는 가상의 원의 상이한 중심 각도로 회전 구동부 및 피동부에 각각 연결되고, 샤프트부는 순차적으로 회전 구동부에 연결되는 제1 연결부와, 피동부에 연결되는 제2연결부와, 제1 및 제2 연결부 사이에서 연결되는 연장부를 포함하는, 크랭크샤프트와, 크랭크샤프트의 다른 단부에 연결되고 크랭크샤프트에 의해 회전되도록 구동되는 피동 장치를 포함한다.

크랭크샤프트는 구조적으로 변화하여 샤프트부의 두 개의 단부가 상이한 중심 각도로 회전 구동부 및 피동부에 각각 연결되게 만들고, 이는 공간을 샤프트부의 두 개의 측면에 위치되는 두 개의 부공간으로 분할하고, 와이어가 샤프트부의 양측에서 부공간에 배열되어, 와이어 분포의 유연성을 향상시키면서 운동의 회전 범위를 향상시킨다.

본 발명에 따르면, 배선 제한, 제한된 회전 각도, 증가된 와이어 마모율, 및 낮은 유연성과 같은, 종래의 회전 구동 장치의 크랭크샤프트의 상술된 단점들을 해소하는 회전 구동 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 로봇 아암에 있어서 종래의 회전 구동 장치의 사용을 도시하는 사시도.
도 2는 로봇 아암에 있어서 본 발명의 양호한 실시예에 따른 회전 구동 장치의 사용을 도시하는 사시도.
도 3은 본 발명의 양호한 실시예에 따른 회전 구동 장치의 크랭크샤프트의 일 실시예를 도시하는 도면.
도 4는 도 3의 평면도.
도 5는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 회전 구동 장치의 다른 실시예의 평면도.
도 6은 본 발명의 양호한 실시예에 따른 회전 구동 장치의 크랭크샤프트의 또 다른 실시예의 평면도.
도 7은 직사각형 구동부를 갖는 본 발명의 양호한 실시예의 크랭크샤프트를 도시하는 도면.
도 8은 도 7의 저부도.
도 9는 수직 관절형 로봇에 있어서 본 발명의 양호한 실시예에 따른 회전 구동 장치의 사용을 도시하는 사시도.
도 10은 수평 관절형 로봇에 있어서 본 발명의 양호한 실시예에 따른 회전 구동 장치의 사용을 도시하는 사시도.
도 11은 수직 관절형 로봇에 있어서 본 발명의 양호한 실시예에 따른 회전 구동 장치의 사용을 도시하는 다른 사시도.
도 12는 수평 관절형 로봇에 있어서 본 발명의 양호한 실시예에 따른 회전 구동 장치의 사용을 도시하는 다른 사시도.

본 발명은 본 발명에 따른 양호한 실시예를 단지 설명을 목적으로 도시하는, 첨부 도면과 함께 보았을 때, 이하의 설명으로부터 더욱 명확해질 것이다.

도 2 내지 도 12를 참조하면, 본 발명의 양호한 실시예에 따른 회전 구동 장치는 구동원(20), 크랭크샤프트(30), 및 피동 장치(40)를 포함한다.

구동원(20)은 회전가능한 구동 샤프트(21)를 포함한다.

크랭크샤프트(30)는 구동원(20)에 연결되어 구동원(20)에 의해 회전되는 일 단부를 갖는다. 이 실시예에서, 구동원(20)은 크랭크샤프트(30)와 구동 샤프트(21)에 주위에 권취되는 벨트(22)에 의해 크랭크샤프트(30)에 연결된다. 크랭크샤프트(30)는 순차적으로 회전 구동부(31), 샤프트부(32) 및 피동부(33)를 포함한다. 이 실시예에서, 회전 구동부(31) 및 피동부(33)는 원형 단면을 갖고, 피동부(33)는 중공 원형 구조체이다. 회전 구동부(31) 및 피동부(33)의 형상은 이 실시예에 제한되지 않고, 임의의 기하학적 형태일 수 있다. 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 피동부(33)는 직사각형 형태일 수 있다.

회전 구동부(31)는 회전 구동부(31)의 말단 단부면의 중심에 형성되는 말단 단부면 중심점(O31)을 갖고, 피동부(33)는 또한 피동부(33)의 말단 단부면의 중심점에 형성되는 말단 단부면 중심점(O33)을 갖는다. 두 개의 말단 단부면 중심점(O31,O33)은 동심을 이루고, 두 개의 말단 단부면 중심점(O31, O33) 사이에 연결되는 방향은 축방향(X)으로 정의된다. 샤프트부(32)는 회전 구동부(31) 및 피동부(33) 에 각각 연결되는 두 개의 단부를 갖는다. 두 개의 말단 단부면 중심점(O31,O33)은 서로 동심을 이루기 때문에, 말단 단부면 중심점(O31,O33) 상에 가상의 원(C)의 중심 설정되어 있고, 이어서 샤프트부(32)의 두 개의 단부는 가상의 원(C)의 상이한 중심 각도로 회전 구동부(31) 및 피동부(33)에 각각 연결된다.

샤프트부(32)는 순차적으로 회전 구동부(31)에 연결되는 제1 연결부(321)와,
피동부(33)에 연결되는 제2 연결부(323)와, 상기 제1 및 제2 연결부(321, 323) 사이에서 연결되는 연장부(322)를 포함한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 회전 구동부(31)에 연결되는 샤프트부(32)의 일 단부는 중심 각도(C1)의 범위 내에서 위치되고, 피동부(33)에 연결되는 샤프트부(32)의 일 단부는 중심 각도(C2)의 범위 내에서 위치되고, 두 개의 중심 각도(C1, C2)의 범위가 완전히 겹치지는 않는다.

샤프트부(32)의 형상은 또한 샤프트부(32)의 두 개의 단부가 회전 구동부(31) 및 피동부(33)에 각각 원(C)의 상이한 중심 각도로 연결되는 필요 조건 상에서, 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이 변동될 수 있다.

도 3 및 도 4를 참고하기로 하고, 제1 및 제2 연결부(321, 323)은 원호형 방식으로 연장되면서, 연장부(322)는 경사진 방식으로 연장된다. 이 실시예에서, 연장부(322)는 축방향(X)에 대해 각도(θ)를 이루는 방향으로 연장되고, θ는 45도 보다 작다. 이 실시예에서 θ는 45도 미만으로 설계되는 이유는 크랭크샤프트(30)는, 과하중 토크를 받을 때, 최대 토크를 취한 표면에 수직한 방향을 따라 파손될 것이고, 즉 연장부(322)의 길이방향 축 및 축방향(X)이 45도의 각도를 충족시키기 때문이다. 따라서, 본 발명의 연장부(322)는 파손 가능성을 감소시키기 위해서 45도 미만이 되도록 설계된다.

도 5는 제1 연결부(321), 제2 연결부(323) 및 연장부(322)는 모두 원호형 방식으로 연장되고, 샤프트부(32)는 음 또는 양의 다양한 곡률을 갖는 것을 도시한다.

도 6은 제1 및 제2 연결부(321, 323)의 각각은 곡면 및 직면을 가질 수 있고, 연장부(322)는 원호형이다.

피동 장치(40)는 크랭크샤프트(30)의 다른 단부에 연결되어 크랭크샤프트(30)에 의해 회전되도록 구동된다.

본 발명은 다양한 회전 기계에서의 사용에 적합하다. 샤프트부(32)의 두 개의 단부는, 원(C)의 상이한 중심 각도로, 회전 구동부(31) 및 피동부(33)에 각각 연결된다. 샤프트부(32)는 회전 구동부(31)와 피동부(33) 사이의 공간의 최외주연부를 따라 연장하지 않고, 샤프트부(32)의 두 개의 측면에 위치되는 두 개의 부공간으로 공간을 분할하는, 회전 구동부(31)와 피동부(33) 사이의 공간의 최외주연부로부터 내향으로 연장되어, 와이어(L)는 샤프트부(32)의 양 측면에서 부공간에 배열될 수 있어, 와이어 분포의 유연성을 향상시키면서 운동의 회전 범위를 향상시킨다.

도 3 내지 도 6에 도시된 회전 구동 장치의 실시예는 모두 동일한 상술된 기술적 특징을 포함하고 동일한 기능을 처리한다. 그 위에, 도 3 및 도 4에 도시된 샤프트부(32)의 제1 및 제2 연결부(321, 323)는 모두 원호형이어서, 샤프트부(32)가 회전 구동부(31) 및 피동부(33)와 맞닥뜨리는 연결부는 원활하다. 그 결과, 크랭크샤프트(30)가 회전하고 와이어(L)와 접촉할 때, 크랭크샤프트(30)에 대항하는 와이어(L)의 마찰은 실질적으로 감소되고, 결과적으로 와이어(L)의 마모율 및 사후 관리 비용 또한 감소시킨다.

도 5에 도시된 제1 연결부(321), 제2 연결부(323) 및 연장부(322)는 모두 원호형이어서, 와이어(L)와 접촉하는 크랭크샤프트(30)의 모든 표면은 부드러운 표면이고, 결과적으로 와이어(L)의 보호를 향상시킨다.

도 6에 도시된 제1 및 제2 연결부(321, 323)의 각각은 곡면 및 직면을 포함하고, 연장부(322)는 원호형이어서, 제1 및 제2 연결부(321, 323)의 직면은 와이어의 분포를 안내하거나 또는 제한하는데 사용될 수 있다.

본 발명의 회전 구동 장치는 작동을 위한 회전을 필요로 하는 다양한 장비에서의 사용에 적합하다. 예를 들어, 도 2 및 도 9는 피동 장치(40)를 회전시키는 수직 관절형 로봇의 아암에서의 본 발명의 회전 장치의 응용예를 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 구동원(20) 및 크랭크샤프트(30)는 평행한 방식으로 배열되고, 이어서 공간 제한으로 인해 벨트(22)에 의해 서로 연결된다. 공간이 허용되면, 구동원(20) 및 크랭크샤프트(30)는 또한 도 9에 도시된 바와 같이, 동축방향으로 배열되고, 두 개의 크랭크샤프트(30)는 상이한 접합부에서 위치된 것으로 도시된다. 크랭크샤프트(30)의 상이한 배열은 와이어(L)의 분포에 보다 많은 대안을 제공한다.

도 10 및 도 12는 수평 관절형 로봇에서의 본 발명의 회전 구동 장치의 응용예를 도시하고, 구동원(20) 및 크랭크샤프트(30)는 또한 공간의 크기에 따라 상이하게 배열될 수 있다.

요약하면, 본 발명의 크랭크샤프트(30)는 구조적으로 변화하여 샤프트부(32)의 두 개의 단부가 상이한 중심 각도로 회전 구동부(31) 및 피동부(33)에 각각 연결되게 만들고, 이는 공간을 샤프트부(32)의 두 개의 측면에 위치되는 두 개의 부공간으로 분할하고, 와이어(L)가 샤프트부(32)의 양 측에서 부공간에 배열되어, 와이어 분포의 유연성을 향상시키면서 운동의 회전 범위를 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따른 다양한 실시예들을 도시하고 설명하였지만, 통상의 기술자라면 본 발명의 범주 내에서 추가의 실시예들이 있을 수 있다는 것을 명확히 알 수 있을 것이다.

20 : 구동원
30 : 크랭크샤프트
31 : 회전 구동부
32 : 샤프트부
33 : 피동부
40 : 피동 장치
321 : 제1 연결부
322 : 연장부
323 : 제2 연결부

Claims

회전 구동 장치이며,
구동원(20)과,
일 단부가 상기 구동원에 연결되어 상기 구동원에 의해 회전되는 크랭크샤프트(30)로서, 상기 크랭크샤프트(30)는 순차적으로, 회전 구동부(31), 샤프트부(32) 및 피동부(33)를 포함하고, 상기 샤프트부(32)는 상기 회전 구동부(31) 및 상기 피동부(33)에 각각 연결되는 두 개의 단부를 갖고, 상기 회전 구동부(31)는 상기 회전 구동부(31)의 말단 단부면의 중심에 형성되는 말단 단부면 중심점(O31)을 포함하고, 상기 피동부(33)는 상기 피동부(33)의 말단 단부면의 중심에 형성되는 말단 단부면 중심점(O33)을 포함하고, 상기 두 개의 말단 단부면 중심점(O31, O33)은 서로 동심을 이루고, 가상의 원(C)이 상기 두 개의 말단 단부면 중심점(O31, O33) 상에 중심 설정되어 있고, 상기 샤프트부(32)의 두 개의 단부는 상기 가상의 원(C)의 상이한 중심 각도로 상기 회전 구동부(31) 및 상기 피동부(33)에 각각 연결되고, 상기 샤프트부(32)는 상기 회전 구동부(31)에 연결되는 제1 연결부(321)와, 상기 피동부(33)에 연결되는 제2 연결부(323)와, 상기 제1 및 제2 연결부(321, 323) 사이에서 연결되는 연장부(322)를 포함하는, 크랭크샤프트(30)와,
상기 크랭크샤프트(30)의 다른 단부에 연결되고 상기 크랭크샤프트(30)에 의해 회전되도록 구동되는 피동 장치(40)를 포함하는, 회전 구동 장치.
제1항에 있어서, 상기 연장부(322)는 경사진 방식으로 연장되고, 상기 두 개의 말단 단부면 중심점(O31, O33) 사이에서 연결되는 방향은 축방향으로 정의되고, 상기 연장부(322)는 축방향에 대해 각도를 이루는 방향으로 연장되고, 상기 각도는 45도 보다 작은, 회전 구동 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 연결부(321), 상기 제2 연결부(323) 및 상기 연장부(322) 모두 원호형 방식으로 연장되고, 음 및 양 곡률을 갖는, 회전 구동 장치.