KR102003485B1

KR102003485B1 - 구동 출력 축 각 변환 모듈 일체 구조의 액추에이터 장치

Info

Publication number: KR102003485B1
Application number: KR1020170145100A
Authority: KR
Inventors: 조형진
Original assignee: 조형진
Priority date: 2017-11-02
Filing date: 2017-11-02
Publication date: 2019-07-24
Also published as: KR20190050024A

Abstract

본 발명은 구동 출력 축 각 변환 모듈 일체 구조의 액추에이터 장치에 관한 것이고, 구체적으로 감속기를 비롯한 컨트롤러가 일체형 모듈로 만들어진 구동 출력 축 각 변환 모듈 일체 구조의 액추에이터 장치에 관한 것이다. 구동 출력 축 각 변환 모듈 일체 구조의 액추에이터 장치는 구동 모듈(11); 구동 모듈(11)의 작동에 따라 미리 결정된 출력을 발생시키는 출력 모듈(12); 구동 모듈(11)과 출력 모듈(12)을 결합시키면서 구동 모듈(11)의 출력을 전달하는 커플러 모듈(13); 구동 모듈(11)에 결합되어 드라이버(15)를 제어하는 구동 모듈(11)의 작동을 조절하는 컨트롤러(14); 및 구동 모듈(11)의 작동을 탐지하는 엔코더(16)를 포함하고, 구동 모듈(11)과 커플러 모듈(13)은 하나의 하우징에 수용되어 출력 모듈(12)과 결합된다.

Description

구동 출력 축 각 변환 모듈 일체 구조의 액추에이터 장치{An Actuating Apparatus Having a Structure Integrated with a Module for Regulating an Angle of a Driving Output Shaft}

본 발명은 구동 출력 축 각 변환 모듈 일체 구조의 액추에이터 장치에 관한 것이고, 구체적으로 감속기를 비롯한 컨트롤러가 일체형 모듈로 만들어진 구동 출력 축 각 변환 모듈 일체 구조의 액추에이터 장치에 관한 것이다.

다양한 하드웨어와 소프트웨어의 결합에 의하여 작동되는 로봇 시스템에서 구동 장치 또는 액추에이터 기술은 핵심적인 기술에 해당한다. 로봇은 다양한 방식의 동작을 위한 다수 개의 관절 구조를 포함할 수 있고, 각각의 관절 구조는 배치 위치 또는 작동 방식에 따라 그에 적합한 액추에이터 장치를 가져야 한다. 각각의 관절 구조에 서로 다른 액추에이터 장치가 적용되면 로봇의 제조 과정에서 설계가 복잡해지고, 일부의 작동 시스템이 변경되면 액추에이터 시스템 전체가 변경되어야 한다. 그러므로 다양한 관절 구조에 적용되는 액추에이터 장치를 통합적으로 관리하거나, 다양한 관절 구조에 적용될 수 있는 액추에이터 장치가 개발될 필요가 있다.

특허공개번호 제10-2013-0045691호는 로봇의 관절에 적용되어 동작을 원활하게 유도할 뿐만 아니라 구조적으로 단순화되면서도 고감속 및 고정밀 특성을 구현할 수 있도록 케이스와 핀기어 및 베어링이 일체화된 일체형 싸이클로이드 감속기에 대하여 개시한다. 또한 특허공개번호 제10-2014-0126561호는 모터와 감속기가 병렬로 배치된 하우징에 연결 링이 다수 개의 연결 바로 연결되도록 하우징과 연결 링과 다수 개의 연결 바를 일체로 형성하여 하우징과 연결 링과 다수 개의 연결 바의 가공 정밀도를 개선시킬 수 있는 액추에이터 모듈에 대하여 개시한다.

선행기술은 감속기 또는 이에 연결된 모터에 대하여 개시하지만 컨트롤러를 비롯한 구동 및 출력 모듈이 일체로 형성된 액추에이터 장치에 대하여 개시하지 않는다. 그러므로 선행기술 또는 공지 기술은 다양한 관절 구조의 각각에 대응되는 액추에이터 장치가 독립적으로 만들어져야 한다는 단점을 가진다.

본 발명은 선행기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.

선행기술 1: 제10-2013-0045691호((주)로보티즈, 2013년05월06일 공개) 일체형 싸이클로이드 감속기 선행기술 2: 제10-2014-0126561호(주식회사 로보멕, 2014년10월31일 공개) 액츄에이터 모듈

본 발명은 컨트롤러, 구동 모듈 및 출력 모듈이 일체로 형성되면서 다양한 관절 구조에 적용될 수 있는 구동 출력 축 각 변환 모듈 일체 구조의 액추에이터 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 구동 출력 축 각 변환 모듈 일체 구조의 액추에이터 장치는 구동 모듈; 구동 모듈의 작동에 따라 미리 결정된 출력을 발생시키는 출력 모듈; 구동 모듈과 출력 모듈을 결합시키면서 구동 모듈의 출력을 전달하는 커플러 모듈; 구동 모듈에 결합되어 드라이버를 제어하는 구동 모듈의 작동을 조절하는 컨트롤러; 및 구동 모듈의 작동을 탐지하는 엔코더를 포함하고, 구동 모듈과 커플러 모듈은 하나의 하우징에 수용되어 출력 모듈과 결합된다.

본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 구동 모듈은 BLDC(Brushless Direct Current) 모터를 포함하고, 커플러 모듈은 한쪽 부분은 모터의 축에 연결되고 다른 부분은 출력 모듈에 연결되는 유성 기어 유닛을 포함한다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 출력 모듈은 서로 마주보는 한 쌍의 전달 기어 및 한 쌍의 전달 기어에 맞물려 0 내지 90도의 각으로 회전 가능한 출력 유닛으로 이루어진 베벨 기어 유닛을 포함한다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 유성 기어 유닛은 서로 맞물려 회전하는 세 개의 위성 기어를 포함한다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 커플러 모듈의 기어 케이싱의 내부에 수용되는 유성 기어 유닛 및 유성 기어 유닛과 구동 모듈에 연결되는 변환 유닛을 포함한다.

본 발명에 따른 액추에이터 장치는 모터, 감속기, 엔코더, 드라이버/컨트롤러가 일체로 형성되면서 구동 출력을 위한 축과 모터의 축이 임의의 각도로 변할 수 있도록 하는 것에 의하여 로봇 시스템의 최적화가 된 설계가 가능하도록 한다. 본 발명에 따른 액추에이터 장치는 제어 모듈과 구동 모듈이 일체로 형성되어 작동 구조의 설계에 의하여 전체 로봇 시스템의 구성 및 제작이 가능하도록 한다. 또한 본 발명에 따른 액추에이터 장치는 다양한 관절 구조에 적용될 수 있도록 하면서 서로 다른 관절 구조에 적용에 따른 편리한 인터페이스의 제공이 가능하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 구동 출력 축 각 변환 모듈 일체 구조의 액추에이터 장치의 작동 구조의 실시 예를 도시한 것이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 액추에이터 장치의 실시 예를 도시한 것이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 액추에이터 장치의 커플러 모듈의 실시 예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 액추에이터 장치의 출력 축 변환 구조의 실시 예를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 액추에이터 장치의 출력 축 변환 구조의 다른 실시 예를 도시한 것이다.
도 6 및 7은 본 발명에 따른 액추에이터 장치가 적용되는 실시 예를 도시한 것이다.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 아래의 설명에서 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않는다면 반복하여 설명이 되지 않으며 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시 예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 구동 출력 축 각 변환 모듈 일체 구조의 액추에이터 장치의 작동 구조의 실시 예를 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 구동 출력 축 각 변환 모듈 일체 구조의 액추에이터 장치는 구동 모듈(11); 구동 모듈(11)의 작동에 따라 미리 결정된 출력을 발생시키는 출력 모듈(12); 구동 모듈(11)과 출력 모듈(12)을 결합시키면서 구동 모듈(11)의 출력을 전달하는 커플러 모듈(13); 구동 모듈(11)에 결합되어 드라이버(15)를 제어하는 구동 모듈(11)의 작동을 조절하는 컨트롤러(14); 및 구동 모듈(11)의 작동을 탐지하는 엔코더(16)를 포함하고, 구동 모듈(11)과 커플러 모듈(13)은 하나의 하우징에 수용되어 출력 모듈(12)과 결합된다.

구동 출력 각 변환 모듈 일체 구조의 액추에이터 장치(10)는 로봇의 관절을 형성할 수 있고, 단일 모듈 구조를 가질 수 있다. 단일 모듈 구조는 독립적으로 작동 가능하면서 다른 모듈에 결합되어 독립적인 기능을 하는 것을 의미한다. 단일 모듈 구조는 구조적으로 다른 모듈과 함께 결합 또는 분리가 될 수 있고, 기능적으로 전력 공급에 의하여 독립적으로 작동될 수 있는 것을 의미한다. 이를 위하여 단일 모듈 구조는 전체 작동의 제어를 위한 제어 유닛을 포함하고, 하나의 하우징 구조 또는 서로 연결 가능한 케이싱 구조로 이루어질 수 있다.

구동 모듈(11)은 예를 들어 BLDC(Brushless Direct Current) 모터와 같은 구동 수단을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않고 회전각도 또는 회전 속도의 조절이 가능한 다양한 모터를 포함할 수 있다. 구동 수단으로 BLDC 모터가 적용되면, 구조가 간단하면서 소음이 작게 발생하면서 효율이 높다는 이점을 가진다. 그러나 BLDC 모터의 회전각도가 검출되기 어렵고 이로 인하여 회전자의 위치를 탐지할 수 있는 엔코더(16)가 설치될 필요가 있다. 구동 모듈(11)은 동력 발생을 위한 구동 수단을 비롯하여 구동 수단에 결합되는 다양한 축, 기어 또는 베어링과 같은 것을 포함할 수 있다. 구동 모듈(11)에서 발생된 회전력은 커플러 모듈(13)을 통하여 변환되어 출력 모듈(12)로 전달될 수 있다. 출력 모듈(12)은 구동 모듈(11)로부터 전달된 동력에 따라 정해진 동작을 할 수 있고, 예를 들어 정해진 방향으로 0 내지 90도의 각도로 회전될 수 있다. 이와 같이 출력 모듈(12)은 연결된 부품 또는 장치가 정해진 동작을 하는 출력을 발생시킬 수 있다. 출력 모듈(12)은 예를 들어 커플러 모듈(13)에 연결되는 베벨 기어 유닛 및 베벨 기어 유닛에 연결되어 회전되는 회전축을 포함할 수 있다.

커플러 모듈(13)은 구동 모듈(11)과 출력 모듈(12)을 서로 결합시켜 하나의 모듈을 형성시키면서 이와 동시에 구동 모듈(11)로부터 전달되는 동력을 변환시키는 기능을 가질 수 있다. 구체적으로 커플러 모듈(13)은 감속을 위한 수단 또는 유성 기어와 같은 동력 전달 수단을 포함할 수 있다. 구동 모듈(11)로부터 발생된 동력은 정해진 속도로 감속이 되어 동력 전달 수단을 경유하여 출력 모듈(12)로 전송될 수 있다. 그리고 출력 모듈(12)에 의하여 정해진 동작이 이루어질 수 있다. 커플러 모듈(13)은 구동 모듈(11)과 출력 모듈(12)을 서로 결합시키면서 발생된 동력을 적절하게 변환하여 안정적으로 전달할 수 있는 다양한 구조를 가질 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.

구동 모듈(11)에 배치된 BLDC 모터와 같은 구동 수단의 작동은 컨트롤러(14)에 의하여 제어될 수 있고, 예를 들어 컨트롤러(14)는 모터의 드라이버(15)를 작동시켜 모터가 정해진 동작을 하도록 조절할 수 있다. 출력 모듈(12)의 작동 상태가 탐지 유닛(17)에 의하여 탐지될 수 있고, 탐지 유닛(17)에 의하여 탐지된 정보가 컨트롤러(14)로 전송될 수 있다. 컨트롤러(14)는 탐지 정보에 기초하여 드라이버(15)의 작동을 조절할 수 있다. 구동 모듈(11)에 대한 정보가 엔코더(16)에 기록될 수 있고, 엔코더(16)는 구동 모듈(11)의 작동 상태를 탐지할 수 있고, 예를 들어 BLDC 모터의 회전자의 위치를 탐지하여 드라이버(15) 또는 컨트롤러(14)로 전송할 수 있다. 그리고 컨트롤러(14) 또는 드라이버(15)는 엔코더(16)로부터 전송된 정보 또는 엔코더(16)에서 탐색된 정보에 기초하여 구동 모듈(11)의 작동을 제어할 수 있다. 컨트롤러(14)는 또한 커플러 모듈(13)의 작동을 조절할 수 있고, 예를 들어 유성 기어의 위치, 결합 축의 위치 또는 감속 비율과 같은 것을 조절할 수 있다. 컨트롤러(14)는 액추에이터 장치(10)에 배치된 다양한 부품 또는 소자의 작동을 조절할 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.

액추에이터 장치(10)는 단일 모듈 구조로 만들어질 수 있고, 다수 개의 부품 또는 소자는 적절하여 배치되거나 연결될 수 있다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 액추에이터 장치(10)의 실시 예를 도시한 것으로, 도 2a는 연결 구조의 실시 예를 도시한 것이고, 도 2b는 회전 작동 구조의 실시 예를 도시한 것이다.

도 2a를 참조하면, BLDC 모터와 같은 구동 수단(21)이 유성 기어 유닛(23)에 결합될 수 있고, 구동 수단(21)이 실린더 형상의 결합 하우징(H)의 내부에 배치되고, 유성 기어 유닛(23)은 결합 하우징(H)의 내부 또는 위쪽에 결합될 수 있다. 결합 하우징(H)은 아래쪽에 연결 홀이 형성되고, 위쪽 면이 개방된 실린더 형상이 될 수 있고, 아래쪽 면에 구동 기판(24)이 배치될 수 있다. 구동 기판(24)은 마이크로프로세서와 같은 중앙 처리 유닛 또는 모터의 작동을 위한 드라이버 또는 엔코더와 같은 부품 또는 소자를 포함할 수 있다. 그리고 결합 하우징(H)의 개방된 위쪽 부분에 출력 하우징(221)이 결합될 수 있다.

출력 하우징(221)은 출력 모듈의 수용을 위한 적절한 구조를 가질 수 있고, 예를 들어 전체적으로 사각 박스 형상이 되면서 아래쪽 면에 결합 홀이 형성되고, 위쪽 부분에 경사진 개방 둘레 면이 형성될 수 있다. 경사진 둘레 면에 의하여 형성되는 L자 형상 부분은 작동 개방 부분을 형성할 수 있다. 출력 하우징(221)의 내부에 출력 모듈을 형성하는 다양한 부품 또는 소자가 결합될 수 있고, 출력 하우징(221)은 결합 홀에 의하여 유성 기어 유닛(23)과 결합되면서 이와 동시에 결합 하우징(H)에 결합될 수 있다.

출력 하우징(221)의 내부에 베벨 기어 유닛(222a 내지 222d, 223a, 223b)과 출력 유닛(224)이 배치될 수 있다. 베벨 기어 유닛(222a 내지 222d, 223a, 223b)은 유성 기어 유닛(23)과 연결될 수 있고, 베벨 기어 유닛(222a 내지 222d, 223a, 223b)에 출력 유닛(224)이 결합되어 예를 들어 0 내지 90도의 각도로 회전이 되도록 한다.

도 2b를 참조하면, 실린더 형상의 결합 하우징(H)은 아래쪽 부분은 고정 브래킷(31)에 의하여 밀폐가 될 수 있고, 결합 하우징(H)의 위쪽에 유성 기어 유닛(23)이 결합될 수 있다. 유성 기어 유닛(23)의 위쪽에 회전 조절 유닛(231)이 배치되고, 회전 조절 유닛(231)에 출력 하우징(221)이 결합될 수 있다. 회전 조절 유닛(231)은 모터 유닛에 연결되어 회전각의 조절이 가능한 드럼 형상이 될 수 있고, 출력 하우징(221)의 아래쪽 부분을 고정시켜 출력 하우징(221)이 임의의 방향으로 회전되도록 한다. 출력 하우징(221)의 내부에 유성 기어 유닛(23)과 연결되는 1 연결 기어(223a)가 배치되고, 1 연결 기어(223a)의 위쪽 면에 서로 마주보는 한 쌍의 조절 기어(222a, 222c)가 맞물리고, 한 쌍의 조절 기어(222a, 222c)에 한 쌍의 전달 기어(222b, 222d)가 맞물릴 수 있다. 그리고 한 쌍의 전달 기어(222b, 222d)에 2 연결 기어(223b)이 맞물리고, 2 연결 기어(223b)에 출력 유닛(224)이 맞물릴 수 있다. 각각의 기어(222a 내지 222d)는 드럼 부분과 원뿔 부분으로 이루어질 수 있고, 동일하거나 서로 다른 회전 비를 가질 수 있다.

1, 2 연결 기어(223a, 223b)는 동일 또는 유사한 구조 또는 회전 비를 가질 수 있고, 원뿔 부분이 서로 마주보도록 수직 방향으로 배치될 수 있다. 그리고 한 쌍의 조절 기어(222a, 222c)는 서로 마주보도록 배치되면서 원뿔 부분이 1 연결 기어(223a)의 원뿔 부분에 맞물리도록 결합될 수 있다. 한 쌍의 전달 기어(222b, 222d)는 한 쌍의 조절 기어(222a, 222c)와 동일한 방향으로 배치되면서 서로 다른 회전 비를 가질 수 있다. 한 쌍의 조절 기어(222a, 222c)와 한 쌍의 전달 기어(222b, 222d)는 드럼 부분이 서로 맞물릴 수 있고, 전달 기어(222b, 222d)의 드럼 부분의 지름은 조절 기어(222a, 222c)의 드럼 부분의 지름에 비하여 클 수 있다. 그리고 2 연결 기어(223b)는 한 쌍의 전달 기어(222b, 222d)의 원뿔 부분에 원뿔 부분이 맞물릴 수 있고, 드럼 부분에 출력 유닛(224)이 결합될 수 있다. 이와 같이 각각의 기어(222a 내지 222d, 223a, 223b)가 원뿔 부분과 드럼 부분으로 이루어지면서 필요에 따라 서로 다른 회전 비를 가지도록 하는 것에 의하여 안정적으로 동력이 전달되도록 한다. 출력 하우징(221)의 작동 개방 부분을 통하여 출력 유닛(224)이 외부로 노출될 수 있고, 구동 모듈의 작동에 의하여 커플러 모듈이 작동되어 출력 유닛(224)이 임의의 각도로 회전될 수 있다. 그리고 이에 의하여 출력 유닛(224)에 연결된 동작 모듈이 다양한 방향으로 꺾일 수 있다.

커플러 모듈은 유성 기어 유닛(23)과 베벨 기어 유닛은 다양한 구조로 서로 연결될 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 액추에이터 장치의 커플러 모듈의 실시 예를 도시한 것으로 도 3a는 유성 기어 유닛(23)의 실시 예 그리고 도 3b는 유성 기어 유닛이 감속기와 결합된 구조를 도시한 것이다.

도 3a를 참조하면, 유성 기어 유닛(23)은 서로 맞물려 회전하는 세 개의 위성 기어(33a, 33b, 33c)를 포함한다.

유성 기어 유닛(23)은 중심 홀이 형성된 드럼 형상의 베이스 유닛(35); 베이스 유닛(35)의 한쪽 부분에 결합되면서 원판 형상의 결합 기판과 결합 기판의 중심으로부터 선형으로 연장되어 중심 홀을 관통하는 연결 축으로 이루어진 분리 배치 유닛(32); 분리 배치 유닛(32)의 한쪽 끝에 회전 고정 핀(331a, 331b, 331c)으로 회전 가능하도록 결합되는 세 개의 위성 기어(33a, 33b, 33c); 세 개의 위성 기어(33a, 33b, 33c)의 중심을 관통하면서 세 개의 위성 기어(33a, 33b, 33c)와 맞물리도록 배치되는 선형 기어(36); 베이스 유닛(35)의 다른 쪽에 결합되는 실린더 형상의 유도 유닛(34)으로 이루어질 수 있다. 또한 유성 기어 유닛(23)은 서로 접촉되는 부품 사이에 배치되는 마찰 감소, 탄성 또는 고정을 위한 연결 링(371, 372, 373)을 포함할 수 있다.

도 3b를 참조하면, BLDC 모터와 같은 구동 수단을 통하여 전달되는 동력이 변환 유닛(37)을 통하여 유성 기어 유닛(23)으로 전달될 수 있고, 유성 기어 유닛(23)에 의하여 적절하게 조절이 된 동력은 출력 모듈로 전달될 수 있다.

유성 기어 유닛(23)은 기어 하우징(GH)의 내부에 배치된 변환 유닛(37)과 연결될 수 있고, 기어 하우징(GH)은 아래쪽 또는 위쪽 면이 개방되면서 내부에 수용 공간이 형성된 실린더 형상이 될 수 있다. 기어 하우징(GH)의 아래쪽에 모터와 같은 구동 수단의 축과 연결되는 축 연결 유닛(38)이 배치될 수 있고, 축 연결 유닛(38)은 변환 유닛(37)으로 동력을 전달할 수 있다. 변환 유닛(37)은 다수 개의 동일하거나 서로 다른 회전 비를 가진 기어가 서로 맞물린 구조를 가질 수 있고, 감속 기능을 가질 수 있다. 변환 유닛(37)은 세 개의 위성 기어(33a, 33b, 33c)와 연결될 수 있고, 세 개의 위성 기어(33a, 33b, 33c)는 선형 기어(36)와 맞물려 회전될 수 있고, 세 개의 위성 기어(33a, 33b, 33c)는 선형 기어(36)와 서로 다른 회전 비를 가지고 이에 의하여 유성 기어 유닛(23)이 감속 기능을 가질 수 있다. 베이스 유닛(35)이 기어 하우징(GH)의 위쪽에 결합될 수 있고, 유도 유닛(34)이 분리 배치 유닛(32)이 안정적으로 결합되도록 하는 부싱 기능을 가질 수 있다.

변환 유닛(37) 또는 유성 기어 유닛(23)은 다양한 기능 또는 구조를 가진 기어를 포함할 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.

도 4는 본 발명에 따른 액추에이터 장치의 출력 축 변환 구조의 실시 예를 도시한 것이다.

출력 모듈은 출력축의 각이 0 내지 90도로 변할 수 있는 다양한 구조를 가질 수 있고, 베벨 기어가 다양한 형태로 배치되어 축 변환 구조를 형성할 수 있다.

출력 모듈은 감속 기능과 전달 기능을 가진 내부에 유성 기어 모듈이 수용된 기어 모듈 케이싱(41)과 연결될 수 있고, 유성 기어 모듈의 아래쪽에 1 작동 연결 유닛(46a)이 배치될 수 있다. 기어 모듈 케이싱(41)의 위쪽 부분에 U자 형상의 결합 홈이 형성되고, 결합 홈에 U자 형상의 연결 조인트(42)가 배치될 수 있다. 연결 조인트(42)의 아래쪽 부분에 1 연결 베벨 기어(45a)가 배치되고, 1 연결 베벨 기어(45a)에 작동 베벨 기어(44)가 연결될 수 있다. 그리고 작동 베벨 기어(44)에 2 작동 연결 유닛(46b)과 결합된 2 연결 베벨 기어(45b)가 맞물릴 수 있다.

U자 형상의 연결 조인트(42)에 역-U자 형상의 회전 조인트(43)가 회전 가능하도록 결합될 수 있고, 1 연결 베벨 기어(45a)의 드럼 형상의 고정 부분이 연결 조인트(42)의 아래쪽 면에 결합되어 기어 모듈 케이싱(41)과 연결될 수 있다. 연결 조인트(42)의 양쪽 측면에 작동 베벨 기어(44)가 회전 가능하도록 결합될 수 있고, 작동 베벨 기어(44)는 회전 고정 부재(44a)와 회전 고정 부재(44a)의 한쪽 끝에 형성된 기어 유닛으로 이루어질 수 있다. 2 연결 베벨 기어(45b)는 1 연결 베벨 기어(45a)와 동일 또는 유사한 구조로 만들어질 수 있고, 회전 조인트(43)의 바닥 면에 고정 부분이 고정되어 2 작동 연결 유닛(46b)과 연결될 수 있다. 이에 의하여 1 연결 베벨 기어(45a)와 2 연결 베벨 기어(45b)는 서로 마주보도록 배치될 수 있고, 회전 조인트(43)의 회전에 의하여 2 연결 베벨 기어(45b)와 2 작동 연결 유닛(46b)이 회전될 수 있다. 이와 같은 구조에서 1 작동 연결 유닛(46a)에 구동 모듈 및 제어 기판이 연결되면 일체 구조를 가지 액추에이터 장치가 되고, 구조적을 간단하면서 작동 안전성을 가진 단일 모듈 구조가 될 수 있다.

기어 모듈 케이싱(41)과 베벨 기어 유닛은 다양한 구조로 서로 연결될 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.

도 5는 본 발명에 따른 액추에이터 장치의 출력 축 변환 구조의 다른 실시 예를 도시한 것이다.

도 5를 참조하면, 내부에 유성 기어 모듈(30)이 고정된 고정 기어 박스(52)의 위쪽에 출력 모듈이 결합될 수 있고, 유성 기어 모듈(30)의 아래쪽에 모터와 같은 구동축에 연결될 수 있는 연결 유닛(51)이 결합될 수 있다. 고정 기어 박스(52)는 전체적으로 사각 박스 형상이 되면서 아래쪽 부분에 유성 기어 모듈(30)이 수용되고, 고정 기어 박스(52)의 위쪽 부분에 마주보는 측면 벽의 두께 면을 따라 경사로가 형성될 수 있다. 고정 기어 박스(52)의 경사로가 형성된 부분에 경사로를 따라 회전 가능한 반원 형상의 접촉 이동 부분이 형성된 회전 조절 유닛(53)이 결합될 수 있다.

고정 기어 박스(52)의 위쪽 부분과 회전 조절 유닛(53)의 아래쪽 부분이 회전 축(55)에 의하여 서로 연결될 수 있고, 회전 조절 유닛(53)의 위쪽 부분에 회전 베어링을 가진 체결 유닛(57)이 형성될 수 있다. 체결 유닛(57)에 출력 축 연결 유닛(58)이 회전 가능하도록 결합될 수 있고, 출력 축 연결 유닛(58)은 회전 조절 유닛(53)의 위쪽 부분에 수용될 수 있다.

유성 기어 모듈(30)의 위쪽 부분에 1 전달 유닛(54)이 결합되고, 출력 축 연결 유닛(58)의 아래쪽에 2 전달 유닛(56)이 결합될 수 있다. 그리고 1 전달 유닛(54)과 2 전달 유닛(56)은 회전 축(55)에 결합된 축 브래킷(54a)에 의하여 서로 연결될 수 있다. 축 브래킷은 베벨 기어 구조를 가지면서 1, 2 전달 유닛(54, 56)과 서로 맞물릴 수 있고, 이에 의하여 유성 기어 모듈(30)을 통하여 전달되는 동력에 의하여 회전 조절 유닛(53)의 접촉 이동 부분이 경사로를 따라 0 내지 90도의 범위에서 선택적으로 회전될 수 있다.

유성 기어 모듈(30)과 출력 모듈은 다양한 구조로 서로 연결되어 구동 수단에 의하여 발생되는 동력이 출력 모듈로 전달되도록 한다.

도 6 및 7은 본 발명에 따른 액추에이터 장치가 적용되는 실시 예를 도시한 것이다.

도 6을 참조하면, 액추에이터 장치(63a, 63b, 63c, 63d)는 로봇의 관절을 형성할 수 있고, 몸체(62a)와 작동 암(62b)을 서로 연결시켜 작동 암(62b)이 임의의 각도 또는 방향으로 꺾일 수 있도록 한다. 몸체(62a)와 작동 암(62b)은 연장 부재(61)에 의하여 서로 연결될 수 있고, 연장 부재의 양쪽 끝에 액추에이터 장치(63b, 63c)가 배치될 수 있다. 또한 몸체(62a)와 작동 암(62b)에 액추에이터 장치(63a, 63d)가 각각 배치될 수 있다. 서로 다른 액추에이터 장치(63a와 63b 또는 63c와 63d)가 관절을 형성하여 작동 암(62b)이 몸체(62a)에 대하여 임의의 방향을 향하도록 할 수 있다.

도 7을 참조하면, 액추에이터 장치(10a 내지 10i)는 이동 로봇(70a) 또는 정지 로봇(70b)의 관절을 형성할 수 있고, 로봇 몸체(71)에 연결되는 팔(72a, 72b) 및 다리(73a, 73b)의 관절을 형성할 수 있다. 각각의 액추에이터 장치(10a 내지 10i)는 동일 또는 유사한 구조로 만들어질 수 있고, 독립적으로 작동할 수 있다. 각각의 액추에이터 장치(10a 내지 10i)는 동일 또는 유사한 구조를 가지면서 독립적으로 자동되는 것에 의하여 로봇 시스템의 설계 편의성이 향상되면서 하드웨어 또는 소프트웨어의 구성이 간단해지도록 한다.

위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.

10, 10a 내지 10i: 액추에이터 장치 11: 구동 모듈
12: 출력 모듈 13: 커플러 모듈
14: 컨트롤러 15: 드라이버
16: 엔코더 17: 탐지 유닛
21: 구동 수단 23: 유성 기어 유닛
24: 구동 기판 30: 유성 기어 모듈
31: 고정 브래킷 32: 분리 배치 유닛
33a, 33b, 33c: 위성 기어 34: 유도 유닛
35: 베이스 유닛 36: 선형 기어
37: 변환 유닛 38: 축 연결 유닛
41: 기어 모듈 케이싱 42: 연결 조인트
43: 회전 조인트 44: 작동 베벨 기어
44a: 회전 고정 부재 45a, 45b: 1, 2 연결 베벨 기어
46a, 46b: 1, 2 작동 연결 유닛 51: 연결 유닛
52: 고정 기어 박스 53: 회전 조절 유닛
54: 1 전달 유닛 54a: 축 브래킷
55: 회전 축 56: 2 전달 유닛
57: 체결 유닛 58: 출력 축 연결 유닛
61: 연장 부재 62a: 몸체
62b: 작동 암
63a, 63b, 63c, 63d: 액추에이터 장치
70a: 이동 로봇 70b: 정지 로봇
71: 로봇 몸체 72a, 72b: 팔
73a, 73b: 다리 221: 출력 하우징
222a 내지 222d, 223a, 223b: 베벨 기어 유닛
222a, 222c: 조절 기어 222b, 222d: 전달 기어
223a, 223b: 1, 2 연결 기어 224: 출력 유닛
231: 회전 조절 유닛 331a, 331b, 331c: 회전 고정 핀
371, 372, 373: 연결 링 GH: 기어 하우징
H: 결합 하우징

Claims

구동 모듈(11);
구동 모듈(11)의 작동에 따라 미리 결정된 출력을 발생시키는 출력 모듈(12);
구동 모듈(11)과 출력 모듈(12)을 결합시키면서 구동 모듈(11)의 출력을 전달하는 커플러 모듈(13);
구동 모듈(11)에 결합되어 드라이버(15)를 제어하는 구동 모듈(11)의 작동을 조절하는 컨트롤러(14); 및
구동 모듈(11)의 작동을 탐지하는 엔코더(16)를 포함하고,
구동 모듈(11)과 커플러 모듈(13)은 하나의 하우징에 수용되어 출력 모듈(12)과 결합되고,
구동 모듈(11)은 BLDC(Brushless Direct Current) 모터를 포함하고, 커플러 모듈(13)은 한쪽 부분은 모터의 축에 연결되고 다른 부분은 출력 모듈(12)에 연결되는 유성 기어 유닛(23)을 포함하고,
출력 모듈(12)은 유성 기어 유닛(23)과 연결되는 1 연결 기어(223a), 1 연결 기어(223a)의 위쪽 면에서 원뿔 부분이 맞물리도록 결합되는 서로 마주보는 한 쌍의 조절 기어(222a, 222c), 한 쌍의 조절 기어(222a, 222c)와 드럼 부분이 서로 맞물리고 한 쌍의 조절 기어(222a, 222c)와 서로 다른 회전 비를 갖는 한 쌍의 전달 기어(222b, 222d), 한 쌍의 전달 기어(222b, 222d)와 원뿔 부분이 맞물리는 2 연결 기어(223b) 및 2 연결 기어(223b)에 맞물려 0 내지 90도의 각으로 회전 가능한 출력 유닛(224)을 포함하는 것을 특징으로 하는 구동 출력 축 각 변환 모듈 일체 구조의 액추에이터 장치.
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청구항 1에 있어서, 유성 기어 유닛(23)은 서로 맞물려 회전하는 세 개의 위성 기어(33a, 33b, 33c)를 포함하는 구동 출력 축 각 변환 모듈 일체 구조의 액추에이터 장치.
청구항 1에 있어서, 커플러 모듈(13)의 기어 케이싱(GH)의 내부에 수용되는 유성 기어 유닛(23) 및 유성 기어 유닛(23)과 구동 모듈(11)에 연결되는 변환 유닛(37)을 포함하는 구동 출력 축 각 변환 모듈 일체 구조의 액추에이터 장치.