KR102012661B1 - 토크 센서 및 이를 포함하는 동력 전달장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 토크 센서 및 이를 포함하는 동력 전달장치에 관한 것이다.
본 실시예에 따른 토크 센서에는, 모터를 포함하는 동력장치 및 부하장치가 결합되며, 함몰부를 가지는 센서 본체; 상기 함몰부의 일면을 형성하는 보드 안착부; 상기 보드 안착부의 중앙부에 형성되는 바디 관통홀; 상기 보드 안착부에 안착되며, 상기 바디 관통홀과 정렬되는 보드 관통홀이 형성되는 센서 보드; 상기 센서 본체로부터 반경방향 외측으로 연장되며, 서로 마주보도록 배치되는 2개의 제 1 면부를 가지는 장착부; 상기 2개의 제 1 면부 중 어느 하나에 설치되는 스트레인 게이지; 및 상기 바디 관통홀과 상기 보드 관통홀에 삽입되는 장치 케이블이 포함된다.

Description

토크 센서 및 이를 포함하는 동력 전달장치{Torque sensor}

본 발명은 토크 센서 및 이를 포함하는 동력 전달장치에 관한 것이다.

산업용 다관절 로봇에는 여러 방향의 힘과 토크를 측정하기 위한 토크 센서가 사용된다. 상기 토크 센서에는 센서 바디 및 상기 센서 바디에 부착되는 스트레인 게이지가 포함된다.

종래의 토크 센서에 의하면, 토크 센서의 구조가 복잡하고 상대적으로 고가의 제조비용이 소요되는 문제점이 있었다.

또한, 토크 센서를 제어하기 위한 제어장치, 일례로 센서 보드(Sensor board)가 복잡한 구조를 가지는 토크 센서의 본체 내부에 존재하지 못하고 상기 토크 센서의 본체로부터 이격된 위치, 일례로 토크 센서와 결합되는 동력장치 (모터 또는 감속모듈)의 일측에 배치됨으로써, 스트레인 게이지와 센서 보드간 통신 과정에서 노이즈가 많이 발생되는 문제점이 있었다.

또한, 상기 센서 보드와 스트레인 게이지가 통신을 위하여 케이블로 연결되는 경우, 상기 케이블은 상기 스트레인 게이지로부터 상기 모터 또는 감속 모듈을 거쳐 상기 센서 보드로 연장되는 바, 상대적으로 고온의 환경에 노출되어 케이블이 손상되는 문제점이 발생될 수 있다.

1. 등록번호 (등록일) : 한국 등록특허공보 10-1135426 (2012년 4월 4일) 2. 발명의 명칭 : 사다리꼴 형상의 스포크를 구비한 1축 토크센서

상기한 문제점을 해결하기 위하여, 컴팩트한 구조를 가지는 토크 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 센서 보드를 토크 센서의 본체에 위치시킬 수 있는 토크 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 스트레인 게이지로부터 센서 보드로 연장되는 케이블의 길이를 짧게 구성하여, 통신간 노이즈 발생을 감소시킬 수 있는 토크 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 센서 본체의 가공성을 개선할 수 있는 토크 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 실시예에 따른 토크 센서에는, 모터를 포함하는 동력장치 및 부하장치가 결합되며, 함몰부를 가지는 센서 본체; 상기 함몰부의 일면을 형성하는 보드 안착부; 상기 보드 안착부의 중앙부에 형성되는 바디 관통홀; 상기 보드 안착부에 안착되며, 상기 바디 관통홀과 정렬되는 보드 관통홀이 형성되는 센서 보드; 상기 센서 본체로부터 반경방향 외측으로 연장되며, 서로 마주보도록 배치되는 2개의 제 1 면부를 가지는 장착부; 상기 2개의 제 1 면부 중 어느 하나에 설치되는 스트레인 게이지; 및 상기 바디 관통홀과 상기 보드 관통홀에 삽입되는 장치 케이블이 포함된다.

상기 센서 본체에는, 상기 동력장치의 체결을 위한 제 1 체결부가 구비되며 링 형상을 가지는 제 1 바디; 상기 제 1 바디로부터 부하장치를 향하여 후방으로 돌출되며, 내부에 상기 함몰부를 형성하는 원주부를 가지는 제 2 바디; 및 상기 제 2 바디에 구비되며, 상기 부하장치의 체결을 위한 제 2 체결부가 더 포함된다.

상기 장착부에는, 상기 2개의 제 1 면부를 연결하며 원주 방향으로 연장되는 제 2 면부;및 상기 제 2 바디의 후면으로부터 반경방향으로 연장되는 제 3 면부가 포함되고, 상기 제 2 면부는 자유 단부(free end)를 형성한다.

상기 장착부는 육면체의 형상을 가지며, 상기 2개의 제 1 면부는 상기 장착부의 양 측면부, 상기 제 3 면부는 상기 장착부의 후면부를 형성하며, 상기 제 2 면부는 상기 장착부의 상면부를 형성한다.

상기 장착부는 다수 개가 구비되며, 상기 다수 개의 장착부는 원주 방향으로 서로 이격되어 배치될 수 있다.

상기 다수의 장착부의 사이에는 공간부가 형성되며, 상기 공간부의 원주방향 외측은 외부에 대하여 개방되도록 구성될 수 있다.

상기 제 2 바디는 전방부가 개방된 원기둥 형상을 가지며, 상기 원주부는, 상기 제 1 바디로부터 후방으로 돌출되어 외주면을 형성할 수 있다.

상기 제 2 바디에는, 상기 원주부의 후방에 구비되며 원판 형상을 가지는 로드 결합부가 더 포함되며, 상기 제 2 체결부는 상기 로드 결합부에 형성될 수 있다.

상기 원주부에 관통되어 형성되는 케이블 관통홀; 및 상기 센서 보드에 연결되며, 상기 케이블 관통홀을 경유하여 상기 스트레인 게이지로 연장되는 보드 케이블이 더 포함된다.

상기 센서 본체에는, 상기 함몰부를 형성하는 본체 중앙부; 및 상기 본체 중앙부의 외측을 둘러싸도록 배치되는 브릿지연결부가 포함되며, 상기 장착부는, 상기 본체 중앙부로부터 상기 브릿지연결부를 향하여 반경방향으로 연장되는 브릿지로 구성된다.

상기 브릿지에는, 상기 2개의 제 1 면부의 전방부를 연결하며 상기 브릿지의 전면을 형성하는 제 2 면부; 및 상기 2개의 제 1 면부의 후방부를 연결하며 상기 브릿지의 후면을 형성하는 제 3 면부가 포함된다.

상기 브릿지에는, 전후 방향으로 관통하는 브릿지관통부가 더 포함되며, 상기 2개의 제 1 면부는 상기 브릿지관통부의 양측에 형성된다.

상기 브릿지는, 상기 본체 중앙부로부터 상기 브릿지연결부를 향하여, 반경방향 외측으로 단면적이 점점 커지는 형상을 가질 수 있다.

상기 2개의 제 1 면부를 지나는 제 1,2 가상선은 상기 센서 본체의 중심을 지나는 것을 특징으로 한다.

상기한 해결수단에 의하면, 토크 센서가 동력장치와 부하장치의 사이에 견고하게 결합되므로, 상기 부하장치에서 발생되는 외력에 의하여 다양한 방향에서의 토크의 감지가 용이하게 이루어질 수 있다.

또한, 센서 본체의 전면부를 형성하는 제 1 바디에 동력장치가 결합되고 상기 제 1 바디로부터 후방으로 돌출하는 제 2 바디에 부하장치가 결합되며, 상기 제 2 바디의 내측에 센서 보드가 결합됨으로써, 센서 보드를 센서 본체의 내부에 배치시킬 수 있게 된다.

결국, 센서 본체에 구비되는 스트레인 게이지가 상기 센서 보드에 인접하게 위치되므로, 상기 센서 보드와 상기 스트레인 게이지를 연결하는 보드 케이블의 길이를 짧게 형성할 수 있고, 이에 따라 센서 보드와 스트레인 게이지의 통신간 발생되는 노이즈를 줄일 수 있다.

그리고, 상기 케이블이 상대적으로 고온을 형성하는 동력장치의 내부로 연장될 필요가 없으므로, 케이블의 변형 또는 파손이 방지될 수 있다.

또한, 상기 제 2 바디의 외주면으로부터 반경방향으로 돌출되어 스트레인 게이지가 장착되는 다수의 장착부가 구비되고, 상기 다수의 장착부는 서로 분리되어 그 외주면이 자유 단부를 형성하므로, 동력장치와 부하장치의 사이에서 발생되는 토크를 정밀하게 감지할 수 있다는 효과가 나타난다.

또한, 제 2 실시예에 따른 센서 본체에, 본체 중앙부와, 다수의 브릿지 및 브릿지 연결부가 포함되고, 센서 본체는 좌우 및 상하 대칭되는 구성을 가지므로, 어, 센싱 감도를 개선할 수 있다.

특히, 상기 다수의 브릿지의 마주보는 2개의 측면부를 연장한 가상의 선이 센서 본체의 중심을 만나도록 구성되고, 상기 다수의 브릿지는, 센서 본체의 중심으로부터 외측 반경방향을 향하여 단면적이 증가하도록 구성되어, 다양한 방향에서 발생되는 토크를 정확하게 감지할 수 있다.

또한, 상기 브릿지에는, 적어도 일부분이 관통하여 형성되는 브릿지관통부가 형성되어, 상기 브릿지에서 발생되는 변위는 스트레인 게이지에 용이하게 전달될 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 토크 센서의 구성을 보여주는 전방 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 토크 센서의 구성을 보여주는 후방 사시도이다.
도 3은 도 1의 III-III'를 따라 절개한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 토크 센서의 후면도이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 토크 센서를 포함하는 동력 전달장치의 구성을 보여주는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 토크 센서의 구성을 보여주는 전방 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 토크 센서의 구성을 보여주는 후방 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 프론트 커버를 제거한 토크 센서의 구성을 보여주는 전방 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 토크 센서의 구성을 보여주는 분해 사시도이다.
도 10은 도 6의 X-X'를 따라 절개한 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 센서 본체의 구성을 보여주는 후방 사시도이다.
도 12는 도 11의 XII-XII'를 따라 절개한 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 센서 본체의 구성을 보여주는 정면도이다.

이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 토크 센서의 구성을 보여주는 전방 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 토크 센서의 구성을 보여주는 후방 사시도이고, 도 3은 도 1의 III-III'를 따라 절개한 단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 토크 센서(100)에는, 센서 보드(120)가 설치되는 센서 본체(110)가 포함된다. 상기 센서 본체(110)에는, 상기 토크 센서(100)의 전면부를 형성하는 제 1 바디(112)가 포함된다. 상기 제 1 바디(112)에는 동력장치(200,300, 도 5 참조)가 결합될 수 있다.

방향을 정의한다. 상기 토크 센서(100) 중, 상기 동력장치(200,300)가 결합되는 방향을 "전방"이라 하고, 부하장치가 결합되는 방향을 "후방"이라 이름한다.

상기 제 1 바디(112)는 링 형상을 가진다. 상기 제 1 바디(112)의 전면에는, 구동장치에 체결되는 구동측 체결부재(113a)가 삽입되는 제 1 체결부(113)가 형성된다. 상기 제 1 체결부(113)는 다수 개가 형성되며, 상기 다수 개의 제 1 체결부(113)는 원주 방향으로 이격하여 배열될 수 있다.

상기 센서 본체(110)에는, 상기 제 1 바디(112)로부터 부하장치를 향하여 후방으로 돌출되는 제 2 바디(114)가 더 포함된다. 일례로, 상기 제 1 바디(112)와 상기 제 2 바디(114)는 일체로 형성될 수 있다.

상기 제 2 바디(114)는 캡 형상 또는 전방부가 개방된 원기둥 형상을 가지며, 상기 제 2 바디(114)의 내부에는 함몰부(115)가 정의될 수 있다. 즉, 상기 제 2 바디(114)는, 상기 함몰부(115)에 의하여 상기 제 1 바디(112)로부터 후방으로 함몰된 형상을 가질 수 있다.

상세히, 상기 제 2 바디(114)에는, 부하장치(미도시)가 결합되는 로드 결합부(114a)가 포함된다. 상기 로드 결합부(114a)는 상기 함몰부(115)의 이면에 형성될 수 있다. 상기 로드 결합부(114a)는 원판 형상을 가지도록 구성될 수 있다.

상기 로드 결합부(114a)에는, 상기 부하장치에 체결되는 부하측 체결부재(미도시)가 삽입되는 제 2 체결부(114b)가 형성된다. 상기 제 2 체결부(114b)는 다수 개가 형성되며, 상기 다수 개의 제 2 체결부(114b)는 원주 방향으로 이격하여 배열될 수 있다.

상기 로드 결합부(114a)의 중앙부에는 바디 관통홀(116)이 형성된다. 상기 바디 관통홀(116)은 상기 토크 센서(100)와, 동력장치(200,300) 및 부하장치를 연결하는 장치 케이블(380, 도 5 참조)이 관통하는 공간을 제공할 수 있다.

상기 제 2 바디(114)에는, 상기 로드 결합부(114a)로부터 상기 제 1 바디(112)의 후면부(112a)로 연장되는 원주부(114c)가 포함된다. 상기 원주부(114c)는 원주 방향으로 연장되며, 상기 제 2 바디(114)의 원기둥 형상 중 외주면을 형성한다.

상기 제 2 바디(114)에는, 상기 원주부(114c)로부터 반경방향으로 연장되는 장착부(130)가 더 포함된다. 상기 장착부(130)는 다수 개가 구비되며, 상기 다수 개의 장착부(130)는 원주 방향으로 서로 이격되어 배치될 수 있다.

일례로, 상기 장착부(130)는 4개가 구비되어, 상기 제 2 바디(114)의 네 방향에 구비될 수 있다. 그리고, 상기 4개의 장착부(130)는 상기 로드 결합부(114a)의 중심부를 기준으로 중심각도가 90도를 형성하도록 등간격으로 배치될 수 있다.

상기 장착부(130)는 상기 제 1 바디(112)의 후면부(112a)에 결합되어 후방으로 연장되도록 배치될 수 있다.

상세히, 상기 장착부(130)에는, 상기 원주부(114c)로부터 반경방향으로 연장되는 2개의 제 1 면부(130a)와, 상기 2개의 제 1 면부(130a)를 서로 연결하며 원주 방향으로 연장되는 제 2 면부(130b) 및 상기 제 2 바디(114)의 후면, 즉 상기 로드 결합부(114a)로부터 반경방향으로 연장되는 제 3 면부(130c)가 포함된다. 상기 제 3 면부(130c)는 상기 로드 결합부(114a)와 평탄한 하나의 면을 구성한다.

일례로, 상기 장착부(130)는 대략 육면체의 형상을 가질 수 있다. 상기 2개의 제 1 면부(130a)는 상기 장착부(130)의 양 측면부를 형성하며, 상기 제 2 면부(130b)는 상기 장착부(130)의 외주면부 또는 상면부를 형성하고, 상기 제 3 면부(130c)는 상기 장착부(130)의 후면부를 형성하는 것으로 이해될 수 있다.

상기 토크 센서(100)에는, 동력장치와 부하장치의 사이에서 발생되는 비틀림의 크기를 감지하는 스트레인 게이지(150)가 더 포함된다. 상기 스트레인 게이지(150)는 상기 장착부(130)의 일면에 설치될 수 있다.

상세히, 상기 스트레인 게이지(150)는 상기 2개의 제 1 면부(140a) 중 어느 하나에 부착될 수 있다. 이러한 스트레인 게이지(150)의 설치위치에 따라, 상기 스트레인 게이지(150)는 상기 장착부(130)의 3차원 변형, 즉 3축(x,y,z축)에서의 변형을 용이하게 감지할 수 있다.

상기 제 2 면부(130b)의 전방부는 상기 제 1 바디(112)의 후면부(112a)에 결합된다. 그리고, 상기 제 2 면부(130b)는 자유 단부(free end)를 형성한다.

즉, 상기 장착부(130)의 외주면을 형성하는 제 2 면부(130b)는 토크 센서의 다른 부품에 결합되지 않으므로, 상기 장착부(130)는 변형되는 과정에서 상기 다른 부품에 의하여 구속되는 것을 방지할 수 있다. 결국, 상기 스트레인 게이지(150)를 통한 센싱 감도가 개선될 수 있다.

그리고, 상기 다수의 장착부(130)에 각각 스트레인 게이지(150)가 구비되므로, 다수의 위치에서 상기 토크 센서(100)에 전달되는 토크를 용이하게 감지할 수 있다.

상기 센서 보드(120)는 상기 제 2 바디(114)에 설치될 수 있다. 상세히, 상기 센서 보드(120)는 상기 제 2 바디(114)의 보드 안착부(114d)에 안착될 수 있다. 상기 보드 안착부(114d)는 상기 제 2 바디(114)의 함몰부(115) 저면을 형성하며, 상기 로드 결합부(114a)의 이면을 형성할 수 있다.

상기 센서 보드(120)는 원판 형상을 가질 수 있다. 상기 센서 보드(120)의 직경은 상기 보드 안착부(114d)의 직경보다 작게 형성될 수 있다. 상기 센서 보드(120)에는, 센싱 부품(121)이 설치될 수 있다 (도 5 참조).

상기 센서 보드(120)의 외주면 외측에는, 상기 다수 개의 제 2 체결부(114b)가 배치될 수 있다. 상기 다수 개의 제 2 체결부(114b)는 상기 보드 안착부(114d)로부터 상기 로드 결합부(114a)까지 관통하여 연장될 수 있다. 그리고, 상기 부하장치에 체결되는 부하측 체결부재는 상기 제 2 체결부(114b)에 결합될 수 있다.

상기 토크 센서(100)에는, 상기 센서 보드(120)를 상기 센서 본체(110)에 결합시키기 위한 보드 체결부재(125)가 더 포함된다. 상기 보드 체결부재(125)는 다수 개가 구비될 수 있다.

상기 보드 체결부재(125)는 상기 센서 보드(120)를 관통하여, 상기 로드 결합부(114a)에 형성되는 제 3 체결부(117)에 결합될 수 있다. 상기 제 3 체결부(117)는 상기 바디 관통홀(116)의 둘레를 따라 다수 개가 형성될 수 있다.

이러한 제 2 바디(114), 센서 보드(120) 및 부하장치의 체결구조에 의하면, 상기 센서 보드(120)와 상기 부하장치가 서로 간섭되지 않고, 상기 센서 본체(110)에 용이하게 결합될 수 있다.

상기 센서 보드(120)의 대략 중앙부에는, 상기 장치 케이블(400)이 삽입될 수 있는 보드 관통홀(126)이 형성된다. 상기 보드 관통홀(126)은 상기 바디 관통홀(116)에 전후 방향으로 정렬되도록 배치될 수 있다. 상기 케이블은 상기 바디 관통홀(116) 및 상기 보드 관통홀(126)을 통하여 전후 방향으로 연장되며, 상기 동력장치(200,300) 및 부하장치에 접속될 수 있다.

상기 제 2 바디(114)의 원주부(114c)에는 상기 스트레인 게이지(150)로부터 상기 센서 보드(120)로 연장되는 보드 케이블(390, 도 5 참조)이 삽입될 수 있는 케이블 관통홀(118)이 형성된다. 상기 케이블 관통홀(118)은 상기 장착부(130)에 인접한 위치에서, 상기 원주부(114c)의 적어도 일부분이 관통하도록 구성될 수 있다.

상기 케이블 관통홀(118)은 상기 다수의 장착부(130)의 개수에 대응하여 다수 개가 형성될 수 있다. 상기 케이블 관통홀(118)이 형성됨으로써, 상기 센서 보드(120)와 상기 스트레인 게이지(150)를 연결하는 보드 케이블(390)의 길이를 짧게 형성할 수 있고, 이에 따라 센서 보드와 스트레인 게이지의 통신간 발생되는 노이즈를 줄일 수 있다.

그리고, 상기 케이블이 상대적으로 고온을 형성하는 동력장치의 내부로 연장될 필요가 없으므로, 케이블의 변형 또는 파손이 방지될 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 토크 센서의 후면도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 토크 센서를 포함하는 동력 전달장치의 구성을 보여주는 단면도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 토크 센서(100)에는, 서로 이격되어 배치되며 스트레인 게이지(150)가 설치되는 다수의 장착부(130)가 포함된다.

상기 장착부(130)는 상기 제 2 바디(114)의 원주부(114c)에 연결되어 외측 반경방향으로 연장될 수 있다. 그리고, 상기 장착부(130)의 전면부는 상기 제 1 바디(112)의 후면부(112a)에 결합될 수 있다.

상기 장착부(130)의 외주면을 형성하는 제 2 면부(130b)는 상기 제 1 바디(112)의 외주면과 동일한 하나의 면을 형성한다. 그리고, 일 장착부(130)의 제 2 면부(130b)는 타 장착부(130)의 제 2 면부(130b)로부터 이격되어 위치될 수 있다. 그리고, 상기 제 2 면부(130b)는 외부에 노출되는 자유 단부를 형성할 수 있다.

상기 원주부(114c)를 연장한 제 1 가상선(ℓ1) 및 상기 제 1 바디(112)의 외주면을 연장한 제 2 가상선(ℓ2)을 정의할 때, 상기 다수의 장착부(130)간에 이격된 거리는 외측 반경방향으로 점점 더 커지도록 구성될 수 있다.

상세히, 상기 장착부(130) 중 상기 원주부(114c)에 연결되는 부분간의 거리(S1)보다, 상기 제 2 면부(130b)간의 거리(S2)가 더 크게 형성될 수 있다.

상기 다수의 장착부(130)의 사이에는, 공간부(135)가 형성될 수 있다. 상기 공간부(135)의 원주방향 외측은 외부에 대하여 개방되도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 다수의 장착부(130)는 상기 제 1,2 바디(112,114)에 지지된 상태에서 원주방향 외측으로 개방되도록 구성되며, 상기 제 2 면부(130b)는 자유 단부를 형성하므로, 상기 장착부(130)에 발생되는 토크가 상기 스트레인 게이지(150)에 의하여 민감하게 감지될 수 있다.

도 5를 참조하면, 상기 토크 센서(100)는 동력장치(200,300)와 부하장치의 사이에 배치될 수 있다. 상기 토크 센서(100), 동력장치(200,300) 및 부하장치를 합하여, "동력전달 장치"라 이름할 수 있다.

상기 동력장치(200,300)에는, 구동력을 발생시키는 모터(200)와, 상기 모터(200)의 회전속도를 감속시키기 위한 감속기(300) 및 상기 모터(200)의 회전량을 감지하는 엔코더가 포함된다. 상기 감속기(300)는 상기 토크 센서(100)의 전방에 결합되며, 상기 모터(200)는 상기 감속기(300)의 전방에 결합될 수 있다.

그리고, 상기 동력장치(200,300)에는, 상기 동력전달 장치의 구동을 제어하는 메인 보드(270)가 더 포함된다.

상기 동력전달 장치에는, 장치 케이블(380)이 연결될 수 있다. 상기 장치 케이블(380)은 상기 토크 센서(100), 동력장치(200,300) 및 부하장치를 연결하여 전기적인 신호를 전달할 수 있다. 그리고, 상기 장치 케이블(380)은 토크 센서(100)의 보드 관통홀(126) 및 바디 관통홀(116)을 관통하여 연장되며, 상기 동력장치(200,300)의 내부를 관통하도록 배치될 수 있다.

그리고, 상기 스트레인 게이지(150)와 상기 센서 보드(120)를 연결하는 보드 케이블(390)은 상기 케이블 관통홀(118)을 통하여 연장될 수 있다. 이러한 케이블 가이드 구조에 의하여, 상기 스트레인 게이지(150)와 센서 보드(120) 사이에서 전달되는 신호에서 노이즈의 발생을 감소시킬 수 있다.

도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 토크 센서의 구성을 보여주는 전방 사시도이고, 도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 토크 센서의 구성을 보여주는 후방 사시도이고, 도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 프론트 커버를 제거한 토크 센서의 구성을 보여주는 전방 사시도이고, 도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 토크 센서의 구성을 보여주는 분해 사시도이고, 도 10은 도 6의 X-X'를 따라 절개한 단면도이다.

도 6 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 토크 센서(400)에는, 센서 보드(420)가 설치되는 센서 본체(410)가 포함된다. 상기 센서 본체(410)에는, 방향을 정의한다. 상기 토크 센서(400) 중, 제 1 실시예에서 설명한동력장치(200,300)가 결합되는 방향을 "전방"이라 하고, 부하장치가 결합되는 방향을 "후방"이라 이름한다.

상기 센서 본체(410)에는, 상기 센서 보드(420)가 설치되는 보드 안착부(414d)를 가지는 본체 중앙부(411)와, 상기 본체 중앙부(411)로부터 반경 방향으로 연장되며 스트레인 게이지(450)가 부착되는 다수의 브릿지(430) 및 상기 다수의 브릿지(430)의 반경방향 외측 단부를 연결하며 링 형상을 가지는 브릿지 연결부(440)가 포함된다. 상기 브릿지 연결부(440)는, 상기 본체 중앙부(411)의 외측을 둘러싸도록 배치될 수 있다.

일례로, 상기 본체 중앙부(411)는 4개의 외면을 가지는 직육면체의 외형을 가질 수 있다. 상기 본체 중앙부(411)에는, 상기 센서 보드(420)가 수용되는 공간을 정의하는 함몰부(415)가 형성된다. 상기 함몰부(415)에 의하여, 상기 본체 중앙부(411)는 그 전면으로부터 후방으로 함몰된 형상을 가질 수 있다.

상기 센서 보드(420)는 상기 본체 중앙부(411)의 보드 안착부(414d)에 안착될 수 있다. 상기 보드 안착부(414d)는 상기 함몰부(115)의 저면을 형성하며, 로드 결합부(414a)의 이면을 형성할 수 있다. 상기 센서 보드(420)에는, 센싱 부품(421)이 설치될 수 있다.

상기 로드 결합부(414a)는 부하장치(미도시)가 결합되는 부분으로서, 상기 함몰부(415)의 이면에 형성될 수 있다. 상기 로드 결합부(414a)에는, 상기 부하장치에 체결되는 부하측 체결부재(미도시)가 삽입되는 부하측 체결부(419b)가 형성된다. 상기 부하측 체결부(419b)는 상기 로드 결합부(414a)의 모서리 부분에 다수 개가 형성될 수 있다.

상기 로드 결합부(414a)의 중앙부에는 바디 관통홀(416)이 형성된다. 상기 바디 관통홀(416)은 상기 토크 센서(400)와, 제 1 실시예에서 설명한 동력장치(200,300) 및 부하장치를 연결하는 장치 케이블이 관통하는 공간을 제공할 수 있다.

상기 토크 센서(400)에는, 상기 센서 보드(420)를 상기 센서 본체(410)에 결합시키기 위한 보드 체결부재(425)가 더 포함된다. 상기 보드 체결부재(425)는 다수 개가 구비될 수 있다. 상기 보드 체결부재(425)는 상기 센서 보드(420)를 관통하여, 상기 본체 중앙부(411)에 결합될 수 있다.

상기 보드 안착부(414d)에는, 상기 보드 체결부재(425)가 결합되는 보드 체결부(418)가 구비된다. 상기 보드 체결부(418)는 상기 보드 안착부(414d)의 테두리를 따라 다수 개가 구비되며, 상기 다수 개의 보드 체결부(418)는 원주 방향으로 이격하여 배치될 수 있다.

정리하면, 상기 본체 중앙부(411)에는, 상기 본체 중앙부(411)의 전면으로부터 후방으로 함몰되는 함몰부(415)가 형성되며, 상기 함몰부(415)의 저면에는 보드 안착부(414d)가 구비될 수 있다. 그리고, 상기 보드 안착부(414d)에는, 상기 보드 체결부재(415)가 체결되는 보드 체결부(418)가 포함될 수 있다.

일례로, 상기 센서 보드(420)는 원판 형상을 가질 수 있다. 상기 센서 보드(420)의 대략 중앙부에는, 상기 장치 케이블이 삽입될 수 있는 보드 관통홀(426)이 형성된다. 상기 보드 관통홀(426)은 상기 바디 관통홀(416)에 전후 방향으로 정렬되도록 배치될 수 있다. 상기 케이블은 상기 바디 관통홀(416) 및 상기 보드 관통홀(426)을 통하여 전후 방향으로 연장될 수 있다.

상기 다수의 브릿지(430)는 상기 본체 중앙부(411)로부터 외측 반경방향으로 연장되어 상기 브릿지 연결부(440)의 내주면에 결합되도록 구성될 수 있다. 상기 브릿지(430)는 상기 본체 중앙부(411)로부터 상기 브릿지 연결부(440)를 향하여, 그 단면적이 증가하도록 구성될 수 있다. 상기 브릿지(430)에는, 스트레인 게이지(450)가 설치되는 점에서, "장착부"라 이름할 수 있다.

일례로, 상기 브릿지(430)는 4개가 구비되어, 상기 본체 중앙부(411)의 네 방향에 구비될 수 있다. 그리고, 상기 4개의 브릿지(430)는 상기 본체 중앙부(411)의 중심부를 기준으로 중심각도가 90도를 형성하도록 등간격으로 배치될 수 있다.

상기 토크 센서(400)에는, 상기 센서 본체(410)의 전방부에 결합되는 프론트 커버(480) 및 상기 센서 본체(410)의 후방부에 결합되는 리어 커버(490)가 포함된다.

상기 프론트 커버(480)에는 제 1 스크류(485)가 결합되며, 상기 제 1 스크류(485)는 너트(486)에 체결될 수 있다. 그리고, 상기 리어 커버(490)에는 제 3 스크류(495)가 결합되며, 상기 제 3 스크류(495)는 상기 너트(486)에 체결될 수 있다. 즉, 상기 제 1 스크류(485)와 상기 제 3 스크류(495)가 상기 너트(486)를 통하여 결합됨으로써, 상기 프론트 커버(480)와 상기 리어 커버(490)는 서로 결합될 수 있다.

상기 프론트 커버(480)에는, 제 2 스크류(487)가 결합된다. 상기 제 2 스크류(487)는 상기 프론트 커버(480)와 상기 센서 본체(410)를 체결하기 위한 구성으로서 이해될 수 있다. 상기 센서 본체(410)의 본체 중앙부(411)에는, 상기 제 2 스크류(487)가 결합되는 제 1 커버체결부(417)가 형성될 수 있다. 상기 제 1 커버체결부(417)는 상기 본체 중앙부(411)의 모서리 측에 다수 개가 구비될 수 있다. 그리고, 상기 제 1 커버체결부(417)는 상기 부하측 체결부(419b)에 인접하여 위치될 수 있다.

상기 프론트 커버(480)에는, 제 1 커버관통홀(488)이 형성된다. 상기 제 1 커버관통홀(488)은 상기 보드 관통홀(426) 및 상기 바디 관통홀(416)에 전후 방향으로 정렬되도록 배치될 수 있다. 상기 케이블은 상기 바디 관통홀(416), 상기 보드 관통홀(426) 및 제 1 커버관통홀(488)을 통하여 전후 방향으로 연장되며, 제 1 실시예에서 설명한 동력장치(200,300) 및 부하장치에 접속될 수 있다.

상기 리어 커버(490)에는, 제 2 커버관통홀(498)이 형성된다. 상기 제 2 커버관통홀(498)의 내측에는, 상기 본체 중앙부(411)의 로드 결합부(414a)가 삽입되도록 배치될 수 있다.

도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 센서 본체의 구성을 보여주는 후방 사시도이고, 도 12는 도 11의 XII-XII'를 따라 절개한 단면도이고, 도 13은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 센서 본체의 구성을 보여주는 정면도이다.

도 11 내지 도 13을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 센서 본체(410)에는, 스트레인 게이지(450)가 설치되는 다수의 브릿지(430)가 포함된다. 일례로, 상기 다수의 브릿지(430)에는, 4방향으로 연장되는 4개의 브릿지(430)가 포함될 수 있다.

상세히, 상기 브릿지(430)에는, 상기 본체 중앙부(411)의 일면으로부터 반경방향으로 연장되는 2개의 제 1 면부(430a)와, 상기 2개의 제 1 면부(430a)의 전방부를 연결하며 상기 브릿지(430)의 전면을 형성하는 제 2 면부(430b) 및 상기 2개의 제 1 면부(430a)의 후방부를 연결하며 상기 브릿지(430)의 후면을 형성하는 제 3 면부(430c)가 포함된다.

상기 토크 센서(400)에는, 동력장치와 부하장치의 사이에서 발생되는 비틀림의 크기를 감지하는 스트레인 게이지(450)가 더 포함된다. 상기 스트레인 게이지(150)는 다수 개가 구비되어, 상기 다수의 브릿지(430)의 일면에 각각 설치될 수 있다.

상세히, 상기 스트레인 게이지(450)는 상기 2개의 제 1 면부(430a) 중 어느 하나에 부착될 수 있다. 이러한 스트레인 게이지(150)의 설치위치에 따라, 상기 스트레인 게이지(450)는 상기 브릿지(430)의 3차원 변형, 즉 3축(x,y,z축)에서의 변형을 용이하게 감지할 수 있다.

상기 브릿지(430)에는, 상기 제 2 면부(430b)로부터 상기 제 3 면부(430c)를 향하여 전후 방향으로 관통하여 형성되는 브릿지관통부(433)가 포함된다. 상기 2개의 제 1 면부(430a)는 상기 브릿지관통부(433)의 양측에 형성될 수 있다. 상기 브릿지관통부(433)에 의하여, 상기 스트레인 게이지(450)가 설치되는 제 1 면부(430a)의 두께가 감소할 수 있어, 토크에 따른 변위의 발생이 용이하게 이루어질 수 있다.

상기 2개의 제 1 면부(430a)를 지나는 제 1,2 가상선(ℓ1,ℓ2)는 상기 센서 본체(410)의 중심(C)을 지나도록 구성될 수 있다. 즉, 4개의 브릿지(430)에 각각 구비되는 2개의 제 1 면부(430a)를 연장한 제 1,2 가상선(ℓ1,ℓ2)는 상기 센서 본체(410)의 중심(C)을 지나도록 구성될 수 있다.

이러한 구성에 의하면, 상기 센서 본체(410)는 좌우 및 상하방향으로 대칭되는 구성을 가지므로, 상기 토크 센서(400)에 작용하는 토크에 의하여, 상기 스트레인 게이지(450)에 의한 변위 발생이 용이하게 이루어지고, 각각의 스트레인 게이지(450)에서 인식되는 변위값의 오차가 줄어들 수 있다는 장점이 있다.

상기 센서 본체(410)에는, 상기 본체 중앙부(411)와 상기 브릿지 연결부(440)의 사이에 형성되는 본체 공간부(445)가 더 포함된다. 상기 다수의 브릿지(430)는 상기 본체 공간부(445)에 배치되는 것으로 이해될 수 있다. 즉, 상기 다수의 브릿지(430)가 구비되는 영역을 제외하고, 상기 본체 중앙부(411)와 상기 브릿지 연결부(440) 사이에는, 전후 방향으로 관통되는 본체 공간부(445)가 형성되므로, 상기 센서 본체(410)에 작용하는 토크는 상기 브릿지(430)에 구비되는 스트레인 게이지(450)에 용이하게 전달될 수 있다.

10 : 동력전달 장치 100 : 토크 센서
110 : 센서 본체 112 : 제 1 바디
114 : 제 2 바디 120 : 센서 보드
130 : 장착부 150 : 스트레인 게이지
200 : 모터 300 : 감속기
380 : 장치 케이블 390 : 보드 케이블
400 : 토크 센서 410 : 센서 본체
430 : 브릿지 440 : 브릿지연결부
450 : 스트레인 게이지

Claims (15)

1. 모터를 포함하는 동력장치 및 부하장치가 결합되며, 함몰부를 가지는 센서 본체;
   상기 함몰부의 일면을 형성하는 보드 안착부;
   상기 보드 안착부의 중앙부에 형성되는 바디 관통홀;
   상기 보드 안착부에 안착되며, 상기 바디 관통홀과 정렬되는 보드 관통홀이 형성되는 센서 보드;
   상기 센서 본체로부터 반경방향 외측으로 연장되며, 서로 마주보도록 배치되는 2개의 제 1 면부를 가지는 장착부;
   상기 2개의 제 1 면부 중 어느 하나에 설치되는 스트레인 게이지; 및
   상기 바디 관통홀과 상기 보드 관통홀에 삽입되는 장치 케이블이 포함되는 토크 센서.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 센서 본체에는,
   상기 동력장치의 체결을 위한 제 1 체결부가 구비되며 링 형상을 가지는 제 1 바디;
   상기 제 1 바디로부터 부하장치를 향하여 후방으로 돌출되며, 내부에 상기 함몰부를 형성하는 원주부를 가지는 제 2 바디; 및
   상기 제 2 바디에 구비되며, 상기 부하장치의 체결을 위한 제 2 체결부가 더 포함되는 토크 센서.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 장착부에는,
   상기 2개의 제 1 면부를 연결하며 원주 방향으로 연장되는 제 2 면부;및
   상기 제 2 바디의 후면으로부터 반경방향으로 연장되는 제 3 면부가 포함되고,
   상기 제 2 면부는 자유 단부(free end)를 형성하는 토크 센서.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 장착부는 육면체의 형상을 가지며,
   상기 2개의 제 1 면부는 상기 장착부의 양 측면부를 형성하고,
   상기 제 3 면부는 상기 장착부의 후면부를 형성하며,
   상기 제 2 면부는 상기 장착부의 상면부를 형성하는 토크 센서.
5. 제 2 항에 있어서,
   상기 장착부는 다수 개가 구비되며,
   상기 다수 개의 장착부는 원주 방향으로 서로 이격되어 배치되는 토크 센서.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 다수의 장착부의 사이에는 공간부가 형성되며,
   상기 공간부의 원주방향 외측은 외부에 대하여 개방되도록 구성되는 토크 센서.
7. 제 2 항에 있어서,
   상기 제 2 바디는 전방부가 개방된 원기둥 형상을 가지며,
   상기 원주부는, 상기 제 1 바디로부터 후방으로 돌출되어 외주면을 형성하는 토크 센서.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 제 2 바디에는, 상기 원주부의 후방에 구비되며 원판 형상을 가지는 로드 결합부가 더 포함되며,
   상기 제 2 체결부는 상기 로드 결합부에 형성되는 토크 센서.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 원주부에 관통되어 형성되는 케이블 관통홀; 및
   상기 센서 보드에 연결되며, 상기 케이블 관통홀을 경유하여 상기 스트레인 게이지로 연장되는 보드 케이블이 더 포함되는 토크 센서.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서 본체에는,
    상기 함몰부를 형성하는 본체 중앙부; 및
    상기 본체 중앙부의 외측을 둘러싸도록 배치되는 브릿지연결부가 포함되며,
    상기 장착부는, 상기 본체 중앙부로부터 상기 브릿지연결부를 향하여 반경방향으로 연장되는 브릿지로 구성되는 토크 센서.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 브릿지에는,
    상기 2개의 제 1 면부의 전방부를 연결하며 상기 브릿지의 전면을 형성하는 제 2 면부; 및
    상기 2개의 제 1 면부의 후방부를 연결하며 상기 브릿지의 후면을 형성하는 제 3 면부가 포함되는 토크 센서.
12. 제 10 항에 있어서,
    상기 브릿지에는,
    전후 방향으로 관통하는 브릿지관통부가 더 포함되며,
    상기 2개의 제 1 면부는 상기 브릿지관통부의 양측에 형성되는 토크 센서.
13. 제 10 항에 있어서,
    상기 브릿지는,
    상기 본체 중앙부로부터 상기 브릿지연결부를 향하여, 반경방향 외측으로 단면적이 점점 커지는 형상을 가지는 토크 센서.
14. 제 10 항에 있어서,
    상기 2개의 제 1 면부를 지나는 제 1,2 가상선은 상기 센서 본체의 중심을 지나는 것을 특징으로 하는 토크 센서
15. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 따른 토크 센서와,
    상기 동력 장치 및 상기 부하 장치가 포함되는 동력 전달장치.

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