KR101901167B1

KR101901167B1 - Series Elastic Actuator

Info

Publication number: KR101901167B1
Application number: KR1020170037706A
Authority: KR
Inventors: 이정호; 허정우; 임정수
Original assignee: 주식회사 레인보우로보틱스
Priority date: 2017-03-24
Filing date: 2017-03-24
Publication date: 2018-09-27

Abstract

The present invention relates to a series elastic actuator which comprises: a motor side rotation unit connected to a drive motor to rotate by a rotating force of the drive motor; a load side rotation unit coupled to the motor side rotation unit to transmit the rotating force of the drive motor to a load; and at least one pair of elastic members provided between the motor side rotation unit and the load side rotation unit. Moreover, a frame is formed with an accommodation space for the elastic members to be fixated to any one of the motor side rotation unit and the load side rotation unit.

Description

&Lt; Desc / Clms Page number 1 > Series Elastic Actuator &

본 발명은 토크(toque) 제어 등을 위해 사용되는 직렬 탄성 액추에이터의 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a structure of a series elastic actuator used for torque control and the like.

최근 로봇 기술의 발달로 인해 산업 로봇 이외에도 인간을 대신하여 다양한 작업을 수행할 수 있는 지능형 로봇에 대한 필요성이 대두 되고 있으며, 이에 대한 연구 개발이 활발히 진행되고 있다.Recently, due to the development of robot technology, there is a need for intelligent robots capable of performing various tasks on behalf of human beings in addition to industrial robots, and research and development thereof is being actively carried out.

지능형 로봇을 개발하기 위해서는 기계, 전자 등 전통 기술과 함께, 신소재, 반도체, 인공지능, 센서소프트웨어 등의 첨단 기술이 요구되며, 지능형 로봇은 기존 산업용 로봇과 달리 미래 시장에서 요구하는 기능과 성능을 가진 로봇이라고 할 수 있다.In order to develop intelligent robots, cutting-edge technologies such as new materials, semiconductors, artificial intelligence, and sensor software are required along with traditional technologies such as machinery and electronics. Intelligent robots, unlike conventional industrial robots, It can be called a robot.

또한, 지능형 로봇은 인간과 보다 가까운 곳에서 다양한 작업들을 수행할 수 있으며, 인간과의 협업 과정 등에서 발생할 수 있는 문제를 해결하기 위해 직렬 탄성 액추에이터(SEA, Series Eelastic Actuator) 기술이 로봇에 적용되는 것이 필요하다.In addition, intelligent robots can perform various tasks in close proximity with humans, and a series of elastic actuator (SEA, Series Eelastic Actuator) technology is applied to robots to solve problems that may arise in collaboration with humans need.

직렬 탄성 액추에이터(SEA)는 탄성을 이용해 힘과 위치를 함께 제어하기 위한 기술로서, 로봇 관절 등의 위치만을 제어하는 게 아니라 인간의 근육과 같이 위치와 힘을 함께 제어할 수 있도록 하여, 로봇이 울퉁불퉁한 바닥처럼 험난한 곳에서 작동하도록 하거나 또는 외압에 따라 적응적으로 동작하도록 할 수 있다.The series elastic actuator (SEA) is a technique for controlling the force and position together by using elasticity. It is not only controlling the position of the robot joint, but also controlling the position and the force like the human muscle, It can be made to work in a rough place like a floor or adaptively to operate under external pressure.

직렬 탄성 액추에이터에는 여러 가지 종류가 있으나, 도 1에 도시된 바와 같은 구조를 가지는 볼트구동형 직렬 탄성 액추에이터가 일반적으로 사용된다.There are various kinds of series elastic actuators, but bolt driven series elastic actuators having the structure as shown in Fig. 1 are generally used.

도 1을 참조하면, 종래의 볼트구동형 직렬 탄성 액츄에이터는, 구동모터(10)와 연결되어 회전하는 볼트스크류(20), 볼트스크류(20)의 회전 방향에 따라 좌 또는 우로 직선 운동하는 너트부(30), 너트부(30)를 지지하는 스프링(40)을 통해 좌 또는 우로 직선 운동하는 직선운동부(50) 및 이에 연결된 암(60)으로 구성된다.Referring to FIG. 1, the conventional bolt-driven series elastic actuator includes a bolt screw 20 connected to the driving motor 10 and rotated, and a nut portion 21 that linearly moves leftward or rightward according to the rotational direction of the bolt screw 20. [ A linear motion part 50 linearly moving left or right through a spring 40 supporting the nut part 30, and an arm 60 connected thereto.

볼트구동형 직렬 탄성 액추에이터는 구동모터(10)에 볼트스크류(20)가 직접 연결되어 회전하고, 볼트스크류(20)에 연결된 너트부(30)가 볼트스크류(20) 회전 방향에 따라 좌 또는 우로 직선 운동하게 된다.The bolt driven series elastic actuator is rotated by directly connecting the bolt screw 20 to the driving motor 10 so that the nut portion 30 connected to the bolt screw 20 is moved left or right in the rotating direction of the bolt screw 20. [ Linear motion.

볼트스크류(20)의 직선 운동이 있는 경우, 너트부(30)와 너트부를 지지하는 스프링(40)을 통해 직선운동부(50) 및 암(60)이 너트부(30)와 동일한 방향으로 직선 운동을 하게 된다.The rectilinear motion portion 50 and the arm 60 can be linearly moved in the same direction as the nut portion 30 through the spring 40 supporting the nut portion 30 and the nut portion in the case of the rectilinear motion of the bolt screw 20. [ .

위와 같은 종래의 직렬 탄성 액추에이터의 경우, 스프링을 포함한 직선운동부 전체가 이동하도록 설계되어야 하므로 그 구조가 복잡하고 크기가 커져야 하는 단점이 있었다.In the case of the conventional series elastic actuator as described above, since the entire linear motion portion including the spring must be designed to move, there is a disadvantage that the structure is complicated and the size must be increased.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 효율적으로 동작 가능한 구조를 가지는 직렬 탄성 액추에이터 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above problems and provide a series elastic actuator device having a structure that can operate efficiently.

본 발명의 일실시예에 따른 직렬 탄성 액추에이터 장치는, 구동 모터와 연결되어, 상기 구동 모터의 회전력에 의해 회전하는 모터측 회전부; 상기 모터측 회전부와 결합되어, 상기 구동 모터의 회전력을 부하에 전달하기 위한 부하측 회전부; 및 상기 모터측 회전부과 상기 부하측 회전부 사이 공간에 구비되는 적어도 한 쌍의 탄성 부재들;을 포함하고, 상기 모터측 회전부과 상기 부하측 회전부 중 어느 하나에 상기 한 쌍의 탄성 부재들이 고정되기 위한 수용 공간을 가지는 프레임이 형성된다.A series elastic actuator device according to an embodiment of the present invention includes a motor side rotating part connected to a driving motor and rotated by a rotational force of the driving motor; A load side rotating part coupled to the motor side rotating part for transmitting rotational force of the driving motor to a load; And at least one pair of elastic members provided in a space between the motor side rotation part and the load side rotation part, wherein at least one of the motor side rotation part and the load side rotation part includes a housing space Is formed.

상기 모터측 회전부의 회전 방향에 따라, 한 쌍의 탄성 부재들 중 어느 하나가 압축된다.And one of the pair of elastic members is compressed in accordance with the rotation direction of the motor-side rotation portion.

또한, 상기 모터측 회전부과 부하측 회전부 중 다른 하나에는, 한 쌍의 탄성 부재들을 내측에서 지지하기 위한 프레임이 형성되어 있다,Further, a frame for supporting the pair of elastic members from the inside is formed in the other of the motor side rotation part and the load side rotation part,

상기 탄성 부재는 실리콘과 우레탄을 포함하는 복수의 탄성 물질들 중 어느 하나 또는 2 이상의 혼합물로 구성된다.The elastic member is composed of any one or a mixture of two or more of a plurality of elastic materials including silicon and urethane.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 직렬 탄성 액추에이터 장치는, 구동 모터와 연결되어, 상기 구동 모터의 회전력에 의해 회전하는 모터측 회전부; 상기 모터측 회전부와 결합되어, 상기 구동 모터의 회전력을 부하에 전달하기 위한 부하측 회전부; 및 상기 모터측 회전부과 상기 부하측 회전부 사이 공간에 고정되는 적어도 한 쌍의 탄성 부재들;을 포함하고, 상기 한 쌍의 탄성 부재들을 내측에서 지지하기 위한 제1 프레임이 상기 모터측 회전부에 형성되며, 상기 한 쌍의 탄성 부재들을 외측에서 지지하기 위한 제2 프레임이 상기 부하측 회전부에 형성된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a series elastic actuator device comprising: a motor side rotating part connected to a driving motor and rotated by a rotational force of the driving motor; A load side rotating part coupled to the motor side rotating part for transmitting rotational force of the driving motor to a load; And at least a pair of elastic members fixed in a space between the motor side rotation part and the load side rotation part, wherein a first frame for supporting the pair of elastic members from the inside is formed on the motor side rotation part, And a second frame for supporting the pair of elastic members from outside is formed on the load side rotating portion.

본 발명의 일실시예에 따르면, 구동 모터의 회전력에 의해 함께 회전하는 모터측 회전부와 부하측 회전부 중 어느 하나에 한 쌍의 탄성 부재들이 고정되기 위한 수용 공간을 가지는 프레임을 형성하여, 모터측 회전부의 상대적인 회전 방향에 따라 어느 하나의 탄성 부재가 압축되도록 함으로써, 회전 운동에 적합함과 동시에 단순한 구조를 가지는 직렬 탄성 액추에이터 장치를 제공할 수 있으며, 그에 따라 직렬 탄성 액추에이터를 작은 크기로 구현할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a frame having an accommodating space for fixing a pair of elastic members to either the motor side rotating portion and the load side rotating portion that rotate together by the rotational force of the driving motor is formed, It is possible to provide a series elastic actuator device that is suitable for rotational motion and has a simple structure by compressing any one of the elastic members according to the relative rotation direction, thereby realizing a series elastic actuator with a small size.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 모터측 회전부과 부하측 회전부 중 다른 하나에 한 쌍의 탄성 부재들을 내측에서 지지하기 위한 프레임을 형성하여, 다양한 탄성 소재와 크기로 변경 가능하도록 구성된 탄성 부재들을 용이하게 교체할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, a frame for supporting a pair of elastic members on the other side of the motor side rotation part and the load side rotation part is formed so that elastic members, which are configured to be changeable in various elastic materials and sizes, Can be replaced.

도 1은 종래 직렬 탄성 액추에이터의 구성에 대한 일예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 직렬 탄성 액추에이터 장치의 구성을 설명하기 위한 분해 사시도들이다.
도 4는 모터측 회전부와 부하측 회전부 사이 공간에 탄성 부재들이 고정되는 구조에 대한 일실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 직렬 탄성 액추에이터 장치의 동작에 대한 실시예들을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 직렬 탄성 액추에이터 장치에 구비되는 센서부의 구성 및 동작에 대한 일실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 직렬 탄성 액추에이터 장치의 구성을 나타내는 사시도들이다.Fig. 1 is a view for explaining an example of a configuration of a conventional series elastic actuator.
2 and 3 are exploded perspective views illustrating a configuration of a series elastic actuator device according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining an embodiment of a structure in which elastic members are fixed in a space between a motor side rotating part and a load side rotating part.
5 is a view for explaining the operation of the series elastic actuator device according to the present invention.
6 is a view for explaining a configuration and an operation of a sensor unit included in the series elastic actuator device.
FIGS. 7 and 8 are perspective views illustrating a configuration of a series elastic actuator device according to another embodiment of the present invention.

이하의 내용은 단지 본 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 본 발명의 원리를 구현하고 본 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시예들은 원칙적으로, 본 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.The following merely illustrates the principles of the invention. Thus, those skilled in the art will be able to devise various apparatuses which, although not explicitly described or shown herein, embody the principles of the invention and are included in the concept and scope of the invention. Furthermore, all of the conditional terms and embodiments listed herein are, in principle, intended only for the purpose of enabling understanding of the concepts of the present invention, and are not intended to be limiting in any way to the specifically listed embodiments and conditions .

또한, 본 발명의 원리, 관점 및 실시예들 뿐 아니라 특정 실시예를 열거하는 모든 상세한 설명은 이러한 사항의 구조적 및 기능적 균등물을 포함하도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 이러한 균등물들은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 소자를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It is also to be understood that the detailed description, as well as the principles, aspects and embodiments of the invention, as well as specific embodiments thereof, are intended to cover structural and functional equivalents thereof. It is also to be understood that such equivalents include all elements contemplated to perform the same function irrespective of currently known equivalents as well as equivalents to be developed in the future.

따라서, 예를 들어, 본 명세서의 블럭도는 본 발명의 원리를 구체화하는 예시적인 회로의 개념적인 관점을 나타내는 것으로 이해되어야 한다. 이와 유사하게, 모든 흐름도, 상태 변환도, 의사 코드 등은 컴퓨터가 판독 가능한 매체에 실질적으로 나타낼 수 있고 컴퓨터 또는 프로세서가 명백히 도시되었는지 여부를 불문하고 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 수행되는 다양한 프로세스를 나타내는 것으로 이해되어야 한다.Thus, for example, it should be understood that the block diagrams herein represent conceptual views of exemplary circuits embodying the principles of the invention. Similarly, all flowcharts, state transition diagrams, pseudo code, and the like are representative of various processes that may be substantially represented on a computer-readable medium and executed by a computer or processor, whether or not the computer or processor is explicitly shown .

프로세서 또는 이와 유사한 개념으로 표시된 기능 블럭을 포함하는 도면에 도시된 다양한 소자의 기능은 전용 하드웨어뿐만 아니라 적절한 소프트웨어와 관련하여 소프트웨어를 실행할 능력을 가진 하드웨어의 사용으로 제공될 수 있다. 프로세서에 의해 제공될 때, 상기 기능은 단일 전용 프로세서, 단일 공유 프로세서 또는 복수의 개별적 프로세서에 의해 제공될 수 있고, 이들 중 일부는 공유될 수 있다.The functions of the various elements shown in the figures, including the functional blocks depicted in the processor or similar concept, may be provided by use of dedicated hardware as well as hardware capable of executing software in connection with appropriate software. When provided by a processor, the functions may be provided by a single dedicated processor, a single shared processor, or a plurality of individual processors, some of which may be shared.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the present invention when taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: There will be. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2 및 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 직렬 탄성 액추에이터 장치의 구성을 설명하기 위한 분해 사시도들로서, 직렬 탄성 액추에이터 장치는 모터측 회전부(100), 부하측 회전부(200) 및 탄성 부재들(310, 320)을 포함하여 구성될 수 있다.2 and 3 are exploded perspective views illustrating a structure of a series elastic actuator device according to an embodiment of the present invention. The series elastic actuator device includes a motor side rotation part 100, a load side rotation part 200, and elastic members 310, and 320, respectively.

도 2 및 도 3을 참조하면, 모터측 회전부(100)는 구동 모터(미도시)와 연결되어 구동 모터의 회전력에 의해 회전하며, 부하측 회전부(200)는 상기 구동 모터의 회전력을 부하에 전달하는 역할을 한다.2 and 3, the motor side rotating part 100 is connected to a driving motor (not shown) and rotated by the rotational force of the driving motor, and the load side rotating part 200 transmits the rotational force of the driving motor to the load It plays a role.

그를 위해, 모터측 회전부(100)와 부하측 회전부(200)는 서로 결합되어, 부하측 회전부(200)는 모터측 회전부(100)의 회전에 따라 함께 회전하도록 구성될 수 있다.The motor side rotary part 100 and the load side rotary part 200 are coupled to each other so that the load side rotary part 200 can be configured to rotate together with the rotation of the motor side rotary part 100. [

모터측 회전부(100)와 부하측 회전부(200) 사이 공간에는, 적어도 한 쌍의 탄성 부재들(300)이 구비된다.At least a pair of elastic members 300 are provided in a space between the motor side rotation part 100 and the load side rotation part 200.

본 발명의 일실시예에 따르면, 구동 모터의 회전력에 의해 함께 회전하는 모터측 회전부(100)와 부하측 회전부(200) 중 어느 하나에, 적어도 한 쌍의 탄성 부재들(300)이 고정되기 위한 수용 공간을 가지는 프레임이 형성된다.According to an embodiment of the present invention, at least one pair of elastic members 300 are fixed to any one of the motor side rotation part 100 and the load side rotation part 200 that rotate together by the rotational force of the drive motor. A frame having a space is formed.

또한, 모터측 회전부(100)과 부하측 회전부(200) 중 다른 하나에는, 상기 한 쌍의 탄성 부재들을 내측에서 지지하기 위한 프레임이 형성될 수 있다.A frame for supporting the pair of elastic members from the inside can be formed on the other of the motor side rotating part 100 and the load side rotating part 200.

이 경우, 부하측 회전부(200)를 기준으로 한 모터측 회전부(100)의 상대적인 회전 방향에 따라 어느 하나의 탄성 부재가 압축되어, 회전 운동에 있어 힘 또는 토크(torque) 제어가 가능한 직렬 탄성 액추에이터 장치가 구현될 수 있다.In this case, one of the elastic members is compressed in accordance with the relative rotation direction of the motor-side rotary part 100 with respect to the load side rotary part 200, and a series elastic actuator device Can be implemented.

본 발명의 일실시예에 따른 직렬 탄성 액추에이터 장치는 회전 운동에 적합함과 동시에 단순한 구조를 가지며, 그에 따라 작은 크기로 구현 가능한 장점이 있다.The series elastic actuator device according to an embodiment of the present invention is suitable for rotational motion and has a simple structure and can be implemented in a small size.

상기 탄성 부재들(310, 320)은 실리콘 또는 우레탄 등의 탄성 소재로 구성될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 실리콘과 우레탄 이외에 다양한 탄성 물질 또는 2 이상의 탄성 물질들의 혼합물로 구성될 수 있다.The elastic members 310 and 320 may be made of an elastic material such as silicone or urethane. However, the present invention is not limited thereto. The elastic members 310 and 320 may be composed of various elastic materials other than silicon and urethane, or a mixture of two or more elastic materials .

한편, 상기 탄성 부재들(310, 320)은 도 2에 도시된 바와 같이 원기둥의 형상을 가질 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 원기둥 이외에 다양한 형성을 가질 수도 있다.The elastic members 310 and 320 may have a cylindrical shape as shown in FIG. 2, but the present invention is not limited thereto. The elastic members 310 and 320 may have various shapes other than a cylindrical shape.

여기서, 상기 탄성 부재들(310, 320)의 소재, 형상 또는 크기는 변경 가능할 수 있으며, 이의 변경에 따라 탄성 부재의 강성(K)이 가변될 수 있다.Here, the material, shape or size of the elastic members 310 and 320 can be changed, and the rigidity K of the elastic member can be varied according to the change.

도 1 및 도 2를 다시 참조하면, 모터측 회전부(100)에는 한 쌍의 탄성 부재들(300)을 내측에서 지지하기 위한 내측 프레임(150)이 형성되며, 부하측 회전부(200)에는 한 쌍의 탄성 부재들(300)을 외측에서 지지하기 위한 외측 프레임(250)이 형성될 수 있다.1 and 2, an inner frame 150 for supporting a pair of elastic members 300 from the inside is formed in the motor side rotation part 100, and a pair of An outer frame 250 for supporting the elastic members 300 from the outside may be formed.

도 3에 도시된 바와 같이, 부하측 회전부(200)에 형성된 외측 프레임(250)에 의해, 한 쌍의 탄성 부재들(300)이 수용되어 고정될 수 있는 수용 공간(S)이 부하측 회전부(200)에 마련될 수 있다.The accommodation space S in which the pair of elastic members 300 can be received and fixed is supported by the load side rotation part 200 by the outer frame 250 formed on the load side rotation part 200, As shown in FIG.

상기한 바와 같이 모터측 회전부(100)의 내측 프레임(150)과 부하측 회전부(200)의 외측 프레임(250)에 의해 한 쌍의 탄성 부재들(300)이 내측 및 외측에서 지지됨에 의해, 서로 결합된 모터측 회전부(100)와 부하측 회전부(200) 사이 공간에 탄성 부재들(310, 320)이 고정될 수 있다.Since the pair of elastic members 300 are supported by the inner side frame 150 of the motor side rotary part 100 and the outer side frame 250 of the load side rotary part 200 from inside and outside, The elastic members 310 and 320 may be fixed in the space between the motor side rotary part 100 and the load side rotary part 200. [

예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 탄성 부재들(310, 320)이 모터측 회전부(100)의 내측 프레임(150)에 거치된 상태에서 모터측 회전부(100)와 부하측 회전부(200)를 결합시키는 경우, 탄성 부재들(310, 320)은 부하측 회전부(200)의 외측 프레임(250)에 의해 형성된 수용 공간(S)으로 압축 고정될 수 있다.For example, when the elastic members 310 and 320 are mounted on the inner frame 150 of the motor-side rotary part 100 as shown in FIG. 2, the motor-side rotary part 100 and the load- The elastic members 310 and 320 can be compression-fixed into the accommodation space S formed by the outer frame 250 of the load side rotary part 200. [

상기와 같이, 탄성 부재들(310, 320)이 모터측 회전부(100)의 내측 프레임(150)과 부하측 회전부(200)의 외측 프레임(250)에 의해 지지되어 수용 공간(S)에 압축 고정됨으로써, 탄성 부재들(310, 320)은 별도의 고정 부재를 이용하여 모터측 회전부(100) 또는 부하측 회전부(200)에 고정될 필요가 없을 수 있다.As described above, the elastic members 310 and 320 are supported by the inner frame 150 of the motor side rotating part 100 and the outer side frame 250 of the load side rotating part 200 and are compression-fixed in the accommodation space S The elastic members 310 and 320 may not need to be fixed to the motor side rotary part 100 or the load side rotary part 200 by using a separate fixing member.

그에 따라, 모터측 회전부(100)와 부하측 회전부(200)의 결합을 해제하는 경우 탄성 부재들(310, 320)이 자동 분리되도록 하여, 탄성 부재들(310, 320)의 교체가 용이하도록 할 수 있다.The elastic members 310 and 320 are automatically separated when the motor side rotating part 100 and the load side rotating part 200 are disengaged to facilitate the replacement of the elastic members 310 and 320 have.

한편, 본 발명의 일실시예에 따른 직렬 탄성 액추에이터 장치는, 모터측 회전부(100)와 부하측 회전부(200) 사이의 상대적인 변위를 측정하기 위한 센서부를 더 구비할 수 있다.The series elastic actuator device according to an embodiment of the present invention may further include a sensor unit for measuring a relative displacement between the motor side rotation unit 100 and the load side rotation unit 200.

예를 들어, 상기 센서부는 모터측 회전부(100)와 부하측 회전부(200)의 서로 대응되는 위치에 각각 형성되는 자성체(400)와 홀 센서(hall sensor, 410)를 포함하여 구성될 수 있다.For example, the sensor unit may include a magnetic body 400 and a hall sensor 410, which are formed at positions corresponding to the motor-side rotation unit 100 and the load-side rotation unit 200, respectively.

도 4는 모터측 회전부(100)와 부하측 회전부(200) 사이 공간에 탄성 부재들(310, 320)이 고정되는 구조에 대한 일실시예를 설명하기 위해 도시한 것으로, 도시된 구성들 중 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 것과 동일한 것에 대한 설명은 이하 생략하기로 한다.4 is a view for explaining an embodiment of a structure in which the elastic members 310 and 320 are fixed in a space between the motor side rotation part 100 and the load side rotation part 200, And description of the same things as those described with reference to Fig. 3 will be omitted below.

도 4를 참조하면, 한 쌍의 탄성 부재들(300)은 모터측 회전부(100)의 내측 프레임(150)과 부하측 회전부(200)의 외측 프레임(250) 사이 공간에 압축된 상태로 고정될 수 있다.4, the pair of elastic members 300 can be fixed in a compressed state in a space between the inner frame 150 of the motor side rotating part 100 and the outer side frame 250 of the load side rotating part 200 have.

한편, 직렬 탄성 액추에이터 장치의 외곽 영역에서, 모터측 회전부(100)의 내측 프레임(150)과 부하측 회전부(200)의 외측 프레임(250) 사이 이격된 공간(D)이 존재하며, 상기 이격된 공간을 통해 탄성 부재(310, 320)의 일부분이 외부로 노출될 수 있다.On the other hand, in the outer region of the series elastic actuator device, there is a space D spaced between the inner frame 150 of the motor side rotating part 100 and the outer side frame 250 of the load side rotating part 200, A part of the elastic members 310 and 320 may be exposed to the outside.

또한, 도 4에서는 직렬 탄성 액추에이터 장치에 4쌍의 탄성 부재들(총 8개)이 구비되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 필요에 따라 3쌍 이하 또는 5쌍 이상의 탄성 부재들이 구비될 수도 있다.Although four elastic members (eight in total) are shown in FIG. 4, the present invention is not limited thereto. If necessary, three or less pairs or five or more pairs of elastic members .

상기한 바와 같은 구조를 가지는 직렬 탄성 액추에이터 장치에 외력이 가해지면, 탄성 부재가 압축되어 모터측 회전부(100)와 부하측 회전부(200) 사이의 상대적인 변위가 발생한다.When an external force is applied to the series elastic actuator device having the above-described structure, the elastic member is compressed and a relative displacement occurs between the motor side rotation part 100 and the load side rotation part 200.

여기서, 상기 직렬 탄성 액추에이터 장치에 가해지는 외력은, 구동 모터의 회전력에 의해 발생하는 토크, 부하 측에 가해지는 힘에 의해 발생하는 토크 또는 그 둘 사이의 가감에 따른 토크 등을 의미할 수 있다.Here, the external force applied to the series elastic actuator device may mean a torque generated by the rotational force of the drive motor, a torque generated by a force applied to the load side, or a torque due to an acceleration / deceleration between the two.

좀 더 구체적으로, 부하측 회전부(200)를 기준으로 한 모터측 회전부(100)의 상대적인 회전 방향(또는, 모터측 회전부(100)를 기준으로 한 부하측 회전부(200)의 상대적인 회전 방향)에 따라 한 쌍의 탄성 부재들(300) 중 어느 하나가 압축되며, 탄성 부재가 압축된 만큼의 상대적인 변위가 발생할 수 있다.More specifically, according to the relative rotation direction of the motor side rotation part 100 (or the relative rotation direction of the load side rotation part 200 with respect to the motor side rotation part 100) with reference to the load side rotation part 200, Any one of the pair of elastic members 300 is compressed, and relative displacement as much as the elastic member is compressed can occur.

이하에서는, 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 직렬 탄성 액추에이터 장치의 동작에 대한 실시예들을 보다 상세히 설명하기로 한다. 모터측 회전부(100)와 부하측 회전부(200)에 형성된 프레임들은 회전하나, 도 5에서는 편의상 직선과 유사한 변위를 가지는 것으로 도시하였다.Hereinafter, embodiments of the operation of the series elastic actuator device according to the present invention will be described in more detail with reference to FIG. The frames formed on the motor side rotary part 100 and the load side rotary part 200 are rotated, but they are illustrated as having a displacement similar to a straight line in FIG. 5 for convenience.

직렬 탄성 액추에이터 장치에 토크가 가해지지 않는 상태에서는, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 기준 위치(R)를 중심으로 탄성 부재들(310, 320)이 내측 프레임(150)과 외측 프레임(250) 사이 공간에 고정되어 있을 수 있다.5 (a), the elastic members 310 and 320 are disposed in the inner frame 150 and the outer frame (not shown) around the reference position R. In this state, 250). &Lt; / RTI >

부하측 회전부(200)가 회전하지 않도록 부하 측이 고정된 상태에서 구동 모터의 회전력에 의해 시계 반대 방향의 토크가 직렬 탄성 액추에이터에 가해지는 경우, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 한 쌍의 탄성 부재들(310, 320) 중 좌측의 탄성 부재(310)가 압축되어, 기준 위치(R)에 대한 좌측 방향(시계 반대 방향)으로의 상대적 변위(Δθ)가 모터측 회전부(100)에 발생하게 된다.When the torque in the counterclockwise direction is applied to the series elastic actuator by the rotational force of the driving motor in a state where the load side is fixed so that the load side rotating portion 200 is not rotated, as shown in FIG. 5 (b) The elastic member 310 on the left out of the elastic members 310 and 320 is compressed and a relative displacement ?? in the leftward direction (counterclockwise direction) relative to the reference position R is generated in the motor- .

이 경우, 상기 구동 모터의 회전력에 의한 토크는 다음의 수학식 1을 이용하여 계산될 수 있다.In this case, the torque due to the rotational force of the driving motor can be calculated using the following equation (1).

수학식 1에서, T는 구동 모터의 회전력에 의한 토크이고, K는 탄성 부재의 강성을 나타내며, Δθ는 기준 위치(R)에 대한 상대적인 변위이다.In Equation (1), T is the torque due to the rotational force of the drive motor, K is the stiffness of the elastic member, and DELTA [theta] is the displacement relative to the reference position (R).

직렬 탄성 액추에이터 장치에 구비되는 센서부(예를 들어, 자성체(400)와 홀 센서(410))를 이용하여 상대적인 변위(Δθ)가 검출되면, 상기의 수학식 1에 따라 구동 모터의 회전력에 의한 토크(T)가 구해질 수 있다.When a relative displacement ?? is detected using a sensor unit (for example, the magnetic body 400 and the hall sensor 410) included in the series elastic actuator device, the relative displacement ?? The torque T can be obtained.

한편, 부하 측이 고정된 상태에서 구동 모터의 회전력에 의해 시계 방향의 토크가 직렬 탄성 액추에이터에 가해지는 경우, 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이 한 쌍의 탄성 부재들(310, 320) 중 우측의 탄성 부재(320)가 압축되어 기준 위치(R)에 대한 우측 방향(시계 방향)으로의 상대적 변위(Δθ)가 모터측 회전부(100)에 발생하게 된다.On the other hand, when a torque in the clockwise direction is applied to the series elastic actuator by the rotational force of the driving motor while the load side is fixed, as shown in FIG. 5 (c), the pair of elastic members 310, The right elastic member 320 is compressed and a relative displacement ?? in the rightward direction (clockwise direction) with respect to the reference position R is generated in the motor side rotary part 100.

이 경우에도, 상기 구동 모터의 회전력에 의한 토크는 센서부에 의해 검출되는 상대적인 변위(Δθ)에 따라 상기 수학식 1을 이용하여 계산될 수 있다.In this case as well, the torque due to the rotational force of the drive motor can be calculated using Equation (1) according to the relative displacement ([Delta] [theta]) detected by the sensor unit.

상기 도 5의 (b) 및 (c)에 도시된 경우에 있어서, 상기 수학식 1을 이용하여 계산되는 토크(T)는 구동 모터의 회전력에 의해 부하에 전달되는 토크를 나타낼 수 있다.In the case shown in FIGS. 5 (b) and 5 (c), the torque T calculated using Equation (1) may represent the torque transmitted to the load by the rotational force of the driving motor.

상기에서는 도 5를 참조하여 부하 측이 고정된 상태에서 구동 모터의 회전력에 의해 토크가 가해지는 경우를 예로 들어 본 발명에 따른 직렬 탄성 액추에이터 장치의 동작에 대해 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 부하 측에 가해지는 힘에 의해 직렬 탄성 액추에이터 장치에 토크가 가해지는 경우에도 본 발명에 따른 직렬 탄성 액추에이터 장치는 도 5를 참조하여 설명한 바와 같이 동작할 수 있다.The operation of the series elastic actuator device according to the present invention has been described with reference to FIG. 5 as an example in which torque is applied by the rotational force of the drive motor in a state where the load side is fixed, but the present invention is not limited thereto , Even when torque is applied to the series elastic actuator device by a force applied to the load side, the series elastic actuator device according to the present invention can operate as described with reference to Fig.

예를 들어, 부하 측에서 시계 방향의 토크가 직렬 탄성 액추에이터에 가해지는 경우, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 한 쌍의 탄성 부재들(310, 320) 중 좌측의 탄성 부재(310)가 압축되어, 기준 위치(R)에 대한 우측 방향(시계 방향)으로의 상대적 변위(Δθ)가 부하측 회전부(200)에 발생하게 된다.For example, when clockwise torque is applied to the series elastic actuator at the load side, as shown in FIG. 5 (b), the left elastic member 310 of the pair of elastic members 310, And a relative displacement ?? in the rightward direction (clockwise direction) with respect to the reference position R is generated in the load side rotating portion 200. [

한편, 부하 측에서 시계 반대 방향의 토크가 직렬 탄성 액추에이터에 가해지는 경우, 도 5의 (c)에 도시된 바와 같이 한 쌍의 탄성 부재들(310, 320) 중 우측의 탄성 부재(320)가 압축되어, 기준 위치(R)에 대한 좌측 방향(시계 반대 방향)으로의 상대적 변위(Δθ)가 부하측 회전부(200)에 발생하게 된다.On the other hand, when a torque in the counterclockwise direction on the load side is applied to the series elastic actuator, as shown in FIG. 5 (c), the right elastic member 320 of the pair of elastic members 310 and 320 The relative displacement ?? in the leftward direction (counterclockwise direction) with respect to the reference position R is generated in the load side rotary part 200.

이 경우, 상기 부하 측에 가해지는 토크(T)는 센서부에 의해 검출되는 상대적인 변위(Δθ)에 따라 상기 수학식 1을 이용하여 계산될 수 있다.In this case, the torque T applied to the load side can be calculated using Equation (1) according to the relative displacement (?) Detected by the sensor unit.

다만, 부하 측에 가해지는 토크와 구동 모터의 회전력에 따른 토크가 서로 반대 방향인 경우, 상기 수학식 1을 이용하여 계산되는 토크(T)는 상기 부하 측에 가해지는 토크 값과 상기 구동 모터의 회전력에 따른 토크 값을 합한 값을 나타낼 수 있다.However, when the torque applied to the load side and the torque corresponding to the rotational force of the drive motor are opposite to each other, the torque T calculated by using Equation (1) is the torque value applied to the load side, It is possible to display the sum of the torque values according to the rotational force.

도 6을 참조하면, 상기한 바와 같은 모터측 회전부(100)와 부하측 회전부(200) 사이 상대적 변위(Δθ)를 측정하기 위해, 모터측 회전부(100)에는 자기장을 발생시키는 자성체(400)가 위치하고, 자성체(400)와 마주보는 부하측 회전부(200)의 위치에는 홀 센서(410)가 배치될 수 있다.6, in order to measure the relative displacement [Delta] [theta] between the motor side rotating part 100 and the load side rotating part 200, a magnetic body 400 generating a magnetic field is positioned in the motor side rotating part 100 And the Hall sensor 410 may be disposed at a position of the load side rotating part 200 facing the magnetic body 400.

홀 센서(410)는 전류가 흐르는 도체에 자기장을 걸어 주면 전류와 자기장에 수직 방향으로 전압이 발생하는 홀 효과를 이용하여 자기장의 방향과 크기를 알아낼 수 있다.The hall sensor 410 can determine the direction and magnitude of the magnetic field using a Hall effect in which a voltage is generated in a direction perpendicular to a current and a magnetic field when a magnetic field is applied to a conductor through which the current flows.

그에 따라, 홀 센서(410)의 출력 신호를 이용하여 자성체(400)로부터 발생하는 자기장의 방향과 크기가 측정되며, 검출 결과에 따라 모터측 회전부(100)의 상대적 회전 방향 및 변위(또는, 부하측 회전부(200)의 상대적 회전 방향 및 변위)가 검출될 수 있다.The direction and magnitude of the magnetic field generated from the magnetic body 400 are measured using the output signal of the Hall sensor 410. The relative rotation direction and displacement of the motor side rotation part 100 The relative rotation direction and displacement of the rotation part 200) can be detected.

도 7 및 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 직렬 탄성 액추에이터 장치의 구성을 사시도들로 도시한 것으로, 도시된 직렬 탄성 액추에이터 장치의 구성 및 동작들 중 도 2 내지 도 6을 참조하여 설명한 것과 동일한 것에 대한 설명은 이하 생략하기로 한다.7 and 8 are perspective views illustrating the construction of a series elastic actuator device according to another embodiment of the present invention. In the structure and operation of the illustrated series elastic actuator device, The description of the same thing will be omitted hereunder.

도 7을 참조하면, 직렬 탄성 액추에이터의 모터측 회전부(100)에는 구동 모터(700)가 연결되며, 추가적으로 감속기(720)와 감속기 고정단(730)이 결합될 수 있다.7, a driving motor 700 is connected to the motor-side rotary part 100 of the series elastic actuator, and further, the speed reducer 720 and the speed reducer fixed end 730 may be combined.

또한, 도 7에는 도시되지 않았으나, 구동 모터(700)의 회전력을 모터측 회전부(100)에 전달하기 위한 벨트(또는 체인)과 풀리 등이 직렬 탄성 액추에이터 장치에 구비될 수 있다.7, a belt (or chain) and a pulley for transmitting the rotational force of the drive motor 700 to the motor side rotation part 100 may be provided in the series elastic actuator device.

또한, 직렬 탄성 액추에이터의 부하측 회전부(200)에는 베어링(bearing, 710)이 결합될 수 있다.Further, a bearing 710 may be coupled to the load side rotating part 200 of the series elastic actuator.

도 8을 참조하면, 도 7에 도시된 바와 같이 결합된 직렬 탄성 액추에이터 장치에 베어링 고정단(800)과 베어링 커버(810)가 결합될 수 있다.Referring to FIG. 8, the bearing fixing end 800 and the bearing cover 810 may be coupled to the coupled series elastic actuator device as shown in FIG.

도 7 및 도 8은 구동 모터와 결합되는 직렬 탄성 액추에이터 장치의 구성에 대한 일실시예를 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 직렬 탄성 액추에이터 장치는 이에 한정되지 아니하며, 도시된 구성 요소들 중 일부가 생략되거나 또는 필요에 따라 추가적인 구성 요소가 부가될 수도 있다.7 and 8 illustrate an embodiment of a configuration of a series elastic actuator device coupled with a drive motor, and the series elastic actuator device according to the present invention is not limited thereto, and some of the illustrated components May be omitted or additional components may be added as needed.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 도 2 내지 도 8을 참조하여 설명한 바와 같은 구조를 가지는 직렬 탄성 액추에이터 장치를 이용하여 로봇의 관절이나 기타 산업용 기계 등의 힘(또는 토크)와 위치를 함께 제어하는 것이 가능할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, by using a series elastic actuator device having a structure as described with reference to Figs. 2 to 8, it is possible to control the forces (or torques) and positions of the joints or other industrial machines of the robot together .

예를 들어, 모터측 회전부(100)와 부하측 회전부(200) 사이의 상대적 변위(Δθ)를 이용하여 구해지는 토크(T)에 따라 로봇 관절의 움직임을 제어하도록 할 수 있다.For example, it is possible to control the motion of the robot joint according to the torque T obtained by using the relative displacement [Delta] [theta] between the motor side rotating part 100 and the load side rotating part 200. [

또한, 상술한 본 발명의 일실시예에 따른 제어 방법은 컴퓨터에서 실행되기 위한 프로그램으로 제작될 수 있으며, 상기 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.In addition, the control method according to an embodiment of the present invention can be manufactured as a program to be executed in a computer, and the program can be stored in a computer-readable recording medium. Examples of the computer-readable recording medium include a ROM, a RAM, a CD-ROM, a magnetic tape, a floppy disk, an optical data storage device, and the like, and may be implemented in the form of a carrier wave (for example, transmission via the Internet) .

컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 상기 방법을 구현하기 위한 기능적인(function) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.The computer readable recording medium may be distributed over a networked computer system so that computer readable code can be stored and executed in a distributed manner. And, functional programs, codes and code segments for implementing the above method can be easily inferred by programmers of the technical field to which the present invention belongs.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the present invention.

100 : 모터측 회전부 150 : 내측 프레임
200 : 부하측 회전부 250 : 외측 프레임
300 : 탄성 부재 400 : 자성체
410 : 홀 센서 700 : 구동 모터
710 : 베어링 720 : 감속기
730, 800 : 고정단 810 : 베어링 커버100: motor side rotating part 150: inner frame
200: load side rotation part 250: outer frame
300: elastic member 400: magnetic substance
410: Hall sensor 700: Driving motor
710: Bearing 720: Reducer
730, 800: Fixed end 810: Bearing cover

Claims

A motor side rotating part connected to the driving motor and rotated by a rotational force of the driving motor;
A load side rotating part coupled to the motor side rotating part for transmitting rotational force of the driving motor to a load; And
And at least a pair of elastic members provided in a space between the motor side rotation part and the load side rotation part,
And an outer frame for supporting the pair of elastic members from the outside is formed in one of the motor side rotation part and the load side rotation part and a receiving space for fixing the pair of elastic members, And the other of the load side rotating parts is provided with an inner frame formed between the pair of elastic members for supporting the pair of elastic members from the inside,
Wherein either one of the pair of elastic members is compressed in accordance with a rotation direction of either the motor side rotation part and the load side rotation part,
And a sensor portion for measuring a relative displacement between the motor side rotation portion and the load side rotation portion generated by the compression of the elastic member.

delete

2. The absorbent article according to claim 1, wherein the elastic member
And a plurality of elastic materials including silicon and urethane, or a mixture of two or more thereof.

2. The absorbent article according to claim 1, wherein the elastic member
A serial elastic actuator device having a cylindrical shape.

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The apparatus of claim 1, wherein the sensor unit
And a Hall sensor formed at a position corresponding to the motor side rotation part and the load side rotation part, respectively, and a Hall sensor.

The method according to claim 1,
And the elastic member is automatically separated when the motor side rotation part and the load side rotation part are disengaged.

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