KR102018312B1 - 힘 측정이 가능한 구동 장치 - Google Patents

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Abstract

일 실시예에 따른 힘 측정이 가능한 구동 장치는, 고정 표면과 이격 배치되어 부하에 대하여 전동력을 제공하는 동력 부재; 상기 동력 부재의 외측을 감싸도록 형성되어 상기 동력 부재에 대하여 고정 상태로 유지되는 고정 부재; 및 상기 고정 표면 및 상기 고정 부재 사이에 배치되어, 상기 동력 부재에서 제공된 전동력에 의한 상기 고정 표면 및 상기 고정 부재 사이의 반력을 측정하는 힘 측정 부재;를 포함하고, 상기 힘 측정 부재에서 측정된 반력에 의해서 상기 동력 부재 또는 상기 부하의 전동력이 산출될 수 있다.

Description

힘 측정이 가능한 구동 장치{ACTUATING DEVICE FOR MEASURING FORCE}
이하, 실시예들은 힘 측정이 가능한 구동 장치에 관한 것이다.
토크센서는 산업현장에서 동력발생장치 또는 부하의 전동력을 측정하기 위해 다양한 형태로 부착이 된다. 토크 센서는 크게 스트레인 게이지 방식, 광학식, 자기장 측정방식으로 나뉘며 기본적인 원리는 아래와 같다.
스트레인 게이지 방식 토크센서는 일반적으로 힘이 작용하면 스트레인 게이지에서 측정하는 어셈블리에 변형이 발생하도록 여러 개의 스트레인 게이지가 휘트스톤(Wheatstone) 브리지 설정에 장착된 토션바를 사용한다. 보통 이러한 장치는 교정을 실시하여 토크와 저항 변화가 직접적으로 연관되도록 한다. 이 방식의 장점은 가격이 저렴하면서 고분해능의 토크를 측정가능하기 때문에 가장 많이 사용된다. 하지만 아날로그 방식으로 측정된 전기적 신호의 노이즈를 제거하기 위한 후 처리가 요구된다.
광학식 토크센서는 토션바의 비틀림을 양단에 부착된 두 개의 광학식 엔코더를 통해 측정하여 토션바의 탄성계수와 비틀림 양에 비례하는 토크를 측정한다. 이 방식은 센서의 해상도가 엔코더의 해상도와 밀접한 관계가 있기 때문에 여러 가지 단점이 발생하는데 고 강성의 토션바를 사용할 경우 해상도가 떨어지기 때문에 이를 극복하기 위해 고분해능 엔코더를 사용해야 하고 이로 인해 가격이 비싸진다는 특징이다.
자기장 측정방식 토크센서는 토션바의 비틀림에 의해서 발생하는 자기장 차이를 센서로 읽어 들이는 방식인데 스트레인 게이지 방식에 비해 상대적으로 해상도가 높다는 장점이 있으나 자기장 센서의 적용으로 인해 가격이 높다는 단점이 있다.
특히, 스트레인 게이지 방식의 토크 센서는 회전형과 비회전형이 있는데, 비회전형은 측정하고자 하는 동력 부재와 부하 및 회로 직접적으로 연결되어 있어 360도 회전이 불가능하다.
또한, 회전형 토크센서는 다시 접촉식과 비접촉식으로 나뉘게 되는데 이는 휘트스톤 브릿지에 연결된 회로가 신호처리장치와 직접적으로 연결되어 있는지의 여부로 구분된다. 이러한 기술들이 필요한 이유는 토크 센서의 샤프트가 360도 회전하기 때문에, 이런 센서들에는 샤프트에서 고정 표면으로 신호를 전송하기 위한 방법이 있어야 하기 때문이다.
이에 따라서 기존 토크 센서가 갖는 문제점들을 해결하기 위해서 다양한 토크 센서 또는 토크 측정 장치가 개발되고 있다.
예를 들어, 한국 공개특허공보 제10-2017-0038959호는 '비회전형 토크 센서'를 개시하고 있다.
일 실시예에 따른 목적은 저가의 스트레인 게이지 방식의 비회전식 토크 센서를 이용하면서 저가이면서 고성능으로 힘(전동력) 측정이 가능하고 무한 회전(360도 이상 회전)이 가능한 힘 측정이 가능한 구동 장치를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 모듈화된 구조를 구성할 수 있고, 힘 측정 부재(토크 센서), 감속 부재(감속기), 및 동력 부재/고정 부재(구동기)의 형태에 따라서 다양한 힘 측정 구조를 선택적으로 사용할 수 있으므로, 다양한 조합의 시리즈화 및 커스터마이징이 가능한 힘 측정이 가능한 구동 장치를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 간단한 접촉 구조 변경만으로도 산업현장에 쉽게 적용될 수 있음은 물론 실제로 정밀한 힘 측정이 요구되는 로봇어플리케이션에도 널리 사용될 수 있는 힘 측정이 가능한 구동 장치를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 모듈화 및 보편화가 된다면 기존 산업현장은 물론 로봇어플리케이션에서 관행적으로 행해지던 위치제어 방식의 모션 생성이 아닌 힘 제어 방식의 모션 생성이 가능해지기 때문에 로봇 동역학 적용이 가능하고 사용자와의 접촉력 제어 등이 가능한 힘 측정이 가능한 구동 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 힘 측정이 가능한 구동 장치는, 고정 표면과 이격 배치되어 부하에 대하여 전동력을 제공하는 동력 부재; 상기 동력 부재의 외측을 감싸도록 형성되어 상기 동력 부재에 대하여 고정 상태로 유지되는 고정 부재; 및 상기 고정 표면 및 상기 고정 부재 사이에 배치되고, 일 단부가 상기 고정 표면에 고정되고 타 단부가 상기 고정 부재에 고정되며, 상기 동력 부재에서 제공된 전동력에 의한 반력을 측정하는 힘 측정 부재를 포함하고, 상기 힘 측정 부재에서 측정된 반력에 의해서 상기 동력 부재 또는 상기 부하의 전동력이 산출되고, 상기 힘 측정 부재는 상기 고정 표면 및 상기 고정 부재 사이에서 비회전되도록 상기 동력 부재 또는 부하와 비접촉 상태로 유지될 수 있다.
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일 측에 의하면, 상기 동력 부재 및 상기 부하 사이에 배치되어 상기 동력 부재에 의한 전동력을 제어하는 감속 부재를 더 포함하고, 상기 감속 부재는, 상기 동력 부재 및 상기 부하 사이에 연결된 기어 요소; 및 상기 고정 부재에 연결되어 상기 기어 요소의 외측을 감싸도록 형성된 하우징 요소;를 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 구동 장치는, 부하에 대하여 전동력을 제공하는 동력 부재; 상기 동력 부재의 외측을 감싸도록 형성되어 상기 동력 부재에 대하여 고정 상태로 유지되는 고정 부재; 상기 동력 부재 및 상기 부하 사이에 배치되어, 상기 동력 부재에 의한 전동력을 제어하는 감속 부재; 및 일 단부가 고정 표면에 고정되고, 타 단부가 상기 고정 부재 또는 상기 감속 부재에 연결되며, 상기 동력 부재에서 제공된 전동력에 의한 반력을 측정하는 힘 측정 부재를 포함하고, 상기 힘 측정 부재에서 측정된 반력에 의해서 상기 동력 부재 또는 상기 부하의 전동력이 산출되고, 상기 힘 측정 부재는 상기 고정 표면 및 상기 고정 부재 사이에서 비회전되도록 또는 상기 고정 표면 및 상기 감속 부재 사이에서 비회전되도록 상기 동력 부재 또는 상기 부하와 비접촉 상태로 유지될 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 고정 부재는 고정 표면으로부터 이격 배치되고, 상기 힘 측정 부재는 상기 고정 표면 및 상기 고정 부재 사이에 배치되며, 상기 힘 측정 부재를 관통하여 상기 고정 표면에 연결되는 연장 부재;를 더 포함할 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 감속 부재는, 상기 동력 부재 및 상기 부하 사이에 연결된 기어 요소; 및 상기 고정 부재 및 상기 기어 요소의 외측을 감싸도록 형성된 하우징 요소;를 포함하고, 상기 힘 측정 부재가 상기 하우징 요소에 연결되어 상기 힘 측정 부재에서 상기 고정 표면 및 상기 동력 부재 사이의 반력이 측정될 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 고정 부재는 고정 표면 상에 접촉하고, 상기 힘 측정 부재는 상기 고정 부재 및 상기 감속 부재 사이에 배치되며, 상기 힘 측정 부재를 관통하여 상기 동력 부재 및 상기 감속 부재 사이에 연결되는 샤프트 부재;를 더 포함할 수 있다.
일 측에 의하면, 상기 감속 부재는, 상기 샤프트 부재 및 상기 부하 사이에 연결된 기어 요소; 및 상기 기어 요소의 외측을 감싸도록 형성된 하우징 요소;를 포함하고, 상기 힘 측정 부재의 일단은 상기 고정 부재에 연결되고 상기 힘 측정 부재의 타단은 상기 하우징 요소에 연결되어, 상기 힘 측정 부재에서 상기 동력 부재 및 상기 감속 부재 사이의 반력이 측정될 수 있다.
일 실시예에 따른 힘 측정이 가능한 구동 장치에 의하면, 저가의 스트레인 게이지 방식의 비회전식 토크 센서를 이용하면서 저가이면서 고성능으로 힘(전동력) 측정이 가능하고 무한 회전(360도 이상 회전)이 가능할 수 있다.
일 실시예에 따른 힘 측정이 가능한 구동 장치에 의하면, 모듈화된 구조를 구성할 수 있고, 힘 측정 부재(토크 센서), 감속 부재(감속기), 및 동력 부재/고정 부재(구동기)의 형태에 따라서 다양한 힘 측정 구조를 선택적으로 사용할 수 있으므로, 다양한 조합의 시리즈화 및 커스터마이징이 가능할 수 있다.
일 실시예에 따른 힘 측정이 가능한 구동 장치에 의하면, 간단한 접촉 구조 변경만으로도 산업현장에 쉽게 적용될 수 있음은 물론 실제로 정밀한 힘 측정이 요구되는 로봇어플리케이션에도 널리 사용될 수 있다.
일 실시예에 따른 힘 측정이 가능한 구동 장치에 의하면, 모듈화 및 보편화가 된다면 기존 산업현장은 물론 로봇어플리케이션에서 관행적으로 행해지던 위치제어 방식의 모션 생성이 아닌 힘 제어 방식의 모션 생성이 가능해지기 때문에 로봇 동역학 적용이 가능하고 사용자와의 접촉력 제어 등이 가능할 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 힘 측정이 가능한 구동 장치를 도시한다.
도 2는 힘 측정 부재의 이미지이다.
도 3은 제2 실시예에 따른 힘 측정이 가능한 구동 장치를 도시한다.
도 4는 제3 실시예에 따른 힘 측정이 가능한 구동 장치를 도시한다.
도 5는 힘 측정 부재의 이미지이다.
도 6은 제4 실시예에 따른 힘 측정이 가능한 구동 장치를 도시한다.
도 7은 힘 측정 부재의 이미지이다.
이하, 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시예에 기재한 설명은 다른 실시예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 제1 실시예에 따른 힘 측정이 가능한 구동 장치를 도시하고, 도 2는 힘 측정 부재의 이미지이고, 도 3은 제2 실시예에 따른 힘 측정이 가능한 구동 장치를 도시하고, 도 4는 제3 실시예에 따른 힘 측정이 가능한 구동 장치를 도시하고, 도 5는 힘 측정 부재의 이미지이고, 도 6은 제4 실시예에 따른 힘 측정이 가능한 구동 장치를 도시하고, 도 7은 힘 측정 부재의 이미지이다.
도 1을 참조하여, 제1 실시예에 따른 힘 측정이 가능한 구동 장치(10)는 동력 부재(100), 고정 부재(110) 및 힘 측정 부재(120)를 포함할 수 있다.
상기 동력 부재(100)는 고정 표면, 예를 들어 지면과 이격 배치될 수 있으며, 부하(A)에 대하여 전동력 또는 토크를 제공할 수 있다.
이때, 동력 부재(100)는 예를 들어 모터의 회전자로 마련될 수 있고, 동력 부재(100)의 출력 축에 부하(A)가 직접 연결되어, 동력 부재(100)로부터의 전동력 또는 토크가 부하(A)에 직접 전달될 수 있다.
또한, 동력 부재(100)의 외측에는 고정 부재(110)가 배치될 수 있다.
상기 고정 부재(110)는 예를 들어 모터의 고정자로 마련되어, 동력 부재(100)에 대하여 고정 상태로 유지될 수 있다.
또한, 고정 부재(110)는 동력 부재(100)의 외측을 감싸도록 형성될 수 있다.
구체적으로, 동력 부재(100)의 일 측에 부하(A)가 연결된다면, 고정 부재(110)는 동력 부재(100)의 타 측을 감싸도록 형성되어, 동력 부재(100)가 고정 부재(110)를 사이에 두고 고정 표면으로부터 이격 배치될 수 있고, 고정 부재(110) 또한 고정 표면으로부터 이격 배치될 수 있다.
한편, 고정 부재(110) 및 고정 표면 사이에는 힘 측정 부재(120)가 배치될 수 있다.
상기 힘 측정 부재(120)는 동력 부재(100)에서 부하(A)에 제공된 전동력을 측정하기 위한 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 힘 측정 부재(120)는 스트레인 게이지 방식의 중실형 토크 센서로 마련될 수 있다. 그러나, 힘 측정 부재(120)의 예시는 이에 국한되지 아니하여, 동력 부재(100)에서 부하(A)에 제공된 전동력, 구체적으로 동력 부재(100)에서 제공된 전동력에 의한 고정 표면 및 고정 부재(110) 사이의 반력을 측정할 수 있다면 어느 것이든지 가능하다.
또한, 힘 측정 부재(120)는 전술된 바와 같이 고정 부재(110)를 사이에 두고 동력 부재(100) 또는 부하(A)와 이격 배치되어서, 동력 부재(100) 또는 부하(A)와 비접촉 상태로 유지되고, 고정 표면 및 고정 부재(110) 사이에서 비회전될 수 있다.
이러한 힘 측정 부재(120)의 배치에 의해서 힘 측정 부재(120)는 동력 부재(100)에서 제공된 전동력에 의한 고정 표면 및 고정 부재(110) 사이의 반력을 측정할 수 있다.
이때, 동력 부재(100)는 고정 표면 및 고정 부재(110) 사이의 반력을 견디면서 부하(A)에 전동력을 제공할 수 있기 때문에, 힘 측정 부재(120)에서 고정 표면 및 고정 부재(110) 사이의 반력을 측정함으로써 동력 부재(100) 또는 부하(A)의 전동력이 산출될 수 있다.
도 3을 참조하여, 제2 실시예에 따른 힘 측정이 가능한 구동 장치(20)는 동력 부재(200), 고정 부재(210), 힘 측정 부재(220) 및 감속 부재(230)를 포함할 수 있다.
상기 동력 부재(200)는 고정 표면, 예를 들어 지면과 이격 배치될 수 있으며, 부하(A)에 대하여 전동력 또는 토크를 제공할 수 있다.
이때, 동력 부재(200)는 예를 들어 모터의 회전자로 마련될 수 있고, 동력 부재(200) 및 부하(A) 사이에 감속 부재(230)가 배치되어 동력 부재(200)에 의한 전동력이 감속 부재(230)를 통해서 부하(A)에 전달될 수 있다.
또한, 동력 부재(200)의 외측에는 고정 부재(210)가 배치될 수 있다.
상기 고정 부재(210)는 예를 들어 모터의 고정자로 마련되어, 동력 부재(200)에 대하여 고정 상태로 유지될 수 있다.
또한, 고정 부재(210)는 동력 부재(200)의 외측을 감싸도록 형성될 수 있다.
구체적으로, 동력 부재(200)의 일 측에 부하(A)가 연결된다면, 고정 부재(210)는 동력 부재(200)의 타 측을 감싸도록 형성되어, 동력 부재(200)가 고정 부재(210)를 사이에 두고 고정 표면으로부터 이격 배치될 수 있고, 고정 부재(210) 또한 고정 표면으로부터 이격 배치될 수 있다.
한편, 고정 부재(210) 및 고정 표면 사이에는 힘 측정 부재(220)가 배치될 수 있다.
상기 힘 측정 부재(220)는 동력 부재(200)에서 부하(A)에 제공된 전동력을 측정하기 위한 것으로서, 도 2에 도시된 힘 측정 부재(220)와 동일한 형태로 마련될 수 있다.
그러나, 힘 측정 부재(220)의 예시는 이에 국한되지 아니하여, 동력 부재(200)에서 부하(A)에 제공된 전동력 또는 동력 부재(200)에서 제공된 전동력에 의한 고정 표면 및 고정 부재(210) 사이의 반력을 측정할 수 있다면 어느 것이든지 가능하다.
또한, 힘 측정 부재(220)는 전술된 바와 같이 고정 부재(210)를 사이에 두고 동력 부재(200) 또는 부하(A)와 이격 배치되어서, 동력 부재(200) 또는 부하(A)와 비접촉 상태로 유지되고, 고정 표면 및 고정 부재(210) 사이에서 비회전될 수 있다.
추가적으로, 동력 부재(200) 및 부하(A) 사이에 감속 부재(230)가 배치될 수 있다.
상기 감속 부재(230)는 동력 부재(200)에 의한 전동력을 제어하기 위한 것으로서, 예를 들어 동력 부재(200)의 회전 속도를 감소시킬 수 있다.
특히 로봇 어플리케이션은 일반적으로 큰 힘을 요구하기 때문에 많은 구동 장치에서 감속 부재(230)를 사용하고 있다.
구체적으로, 감속 부재(230)는 기어 요소(232) 및 하우징 요소(234)를 포함할 수 있다.
상기 기어 요소(232)는 동력 부재(200) 및 부하(A) 사이에 연결될 수 있다. 그리고 하우징 요소(234)는 고정 부재(210)에 연결되어 기어 요소(232)의 외측을 감싸도록 형성될 수 있다.
전술된 바와 같이, 힘 측정 부재(220)가 고정 표면 및 고정 부재(210) 사이에 배치됨으로써, 힘 측정 부재(220)는 동력 부재(200)에서 제공된 전동력에 의한 고정 표면 및 고정 부재(210) 사이의 반력을 측정할 수 있다.
이때, 동력 부재(200)는 고정 표면 및 고정 부재(210) 사이의 반력을 견디면서 부하(A)에 전동력을 제공할 수 있기 때문에, 힘 측정 부재(220)에서 고정 표면 및 고정 부재(210) 사이의 반력을 측정함으로써 동력 부재(200) 또는 부하(A)의 전동력이 산출될 수 있다.
도 4를 참조하여, 제3 실시예에 따른 힘 측정이 가능한 구동 장치(30)는 동력 부재(300), 고정 부재(310), 힘 측정 부재(320), 감속 부재(330) 및 연장 부재(340)를 포함할 수 있다.
상기 동력 부재(300)는 고정 표면, 예를 들어 지면과 이격 배치될 수 있으며, 부하(A)에 대하여 전동력 또는 토크를 제공할 수 있다.
이때, 동력 부재(300)는 예를 들어 모터의 회전자로 마련될 수 있고, 동력 부재(300) 및 부하(A) 사이에 감속 부재(330)가 배치되어 동력 부재(300)에 의한 전동력이 감속 부재(330)를 통해서 부하(A)에 전달될 수 있다.
또한, 동력 부재(300)의 외측에는 고정 부재(310)가 배치될 수 있다.
상기 고정 부재(310)는 예를 들어 모터의 고정자로 마련되어, 동력 부재(300)에 대하여 고정 상태로 유지될 수 있다.
또한, 고정 부재(310)는 동력 부재(300)의 외측을 감싸도록 형성될 수 있다.
구체적으로, 동력 부재(300)의 일 측에 부하(A)가 연결된다면, 고정 부재(310)는 동력 부재(300)의 타 측을 감싸도록 형성되어, 동력 부재(300)가 고정 부재(310)를 사이에 두고 고정 표면으로부터 이격 배치될 수 있고, 고정 부재(310) 또한 고정 표면으로부터 이격 배치될 수 있다.
한편, 고정 부재(310) 및 고정 표면 사이에는 힘 측정 부재(320)가 배치될 수 있다.
상기 힘 측정 부재(320)는 동력 부재(300)에서 부하(A)에 제공된 전동력을 측정하기 위한 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 힘 측정 부재(320)는 스트레인 게이지 방식의 중공형 토크 센서로 마련될 수 있다. 그러나, 힘 측정 부재(320)의 예시는 이에 국한되지 아니하여, 동력 부재(300)에서 부하(A)에 제공된 전동력, 동력 부재(300)에서 제공된 전동력에 의한 고정 표면 및 고정 부재(310) 사이의 반력, 또는 동력 부재(300)에서 제공된 전동력에 의한 고정 표면 및 감속 부재(330) 사이의 반력을 측정할 수 있다면 어느 것이든지 가능하다.
이때, 힘 측정 부재(320)는 전술된 바와 같이 고정 부재(310)를 사이에 두고 동력 부재(300) 또는 부하(A)와 이격 배치되어서, 동력 부재(300) 또는 부하(A)와 비접촉 상태로 유지될 수 있다.
또한, 힘 측정 부재(320)가 스트레인 게이지 방식의 중공형 토크 센서로 마련된 경우, 힘 측정 부재(320)를 관통하여 연장 부재(340)가 배치될 수 있다.
상기 연장 부재(340)의 일단은 고정 표면에 연결되고, 연장 부재(340)의 타단은 고정 부재(310)에 연결될 수 있고, 연장 부재(340)는 고정 부재(410)가 고정 상태로 유지되도록 고정 표면에 대하여 고정 상태로 유지될 수 있다.
한편, 동력 부재(300) 및 부하(A) 사이에 감속 부재(330)가 배치될 수 있다.
상기 감속 부재(330)는 동력 부재(300)에 의한 전동력, 구체적으로 동력 부재(300)로부터 부하(A)에 제공되는 전동력을 제어하기 위한 것으로서, 기어 요소(332) 및 하우징 요소(334)를 포함할 수 있다.
상기 기어 요소(332)는 동력 부재(300) 및 부하(A) 사이에 연결될 수 있고, 상기 하우징 요소(334)는 고정 부재(310) 및 기어 요소(332)의 외측을 감싸도록 형성될 수 있다.
이때, 하우징 요소(334)의 내부 공간에 동력 부재(300), 고정 부재(310) 및 기어 요소(332)가 수용될 수 있다.
또한, 하우징 요소(334)는 고정된 상태로 유지되므로, 힘 측정 부재(320)가 감속 부재(330)의 하우징 요소(334)에 연결됨으로써, 힘 측정 부재(320)에서 고정 표면 및 고정 부재(310) 사이의 반력 또는 고정 표면 또는 감속 부재(330) 사이의 반력을 측정할 수 있다.
이때, 동력 부재(300)는 고정 표면 및 감속 부재(330)의 하우징 요소(334) 사이의 반력을 견디면서 부하(A)에 전동력을 제공할 수 있기 때문에, 힘 측정 부재(320)에서 고정 표면 및 감속 부재(330)의 하우징 요소(334) 사이의 반력을 측정함으로써 동력 부재(200) 또는 부하(A)의 전동력이 산출될 수 있다.
도 6을 참조하여, 제4 실시예에 따른 힘 측정이 가능한 구동 장치(40)는 동력 부재(400), 고정 부재(410), 힘 측정 부재(420), 감속 부재(430) 및 샤프트 부재(440)를 포함할 수 있다.
상기 동력 부재(400)는 고정 표면, 예를 들어 지면과 이격 배치될 수 있으며, 부하(A)에 대하여 전동력 또는 토크를 제공할 수 있다.
이때, 동력 부재(400)는 예를 들어 모터의 회전자로 마련될 수 있고, 동력 부재(400) 및 부하(A) 사이에 감속 부재(430)가 배치되어 동력 부재(400)에 의한 전동력이 감속 부재(430)를 통해서 부하(A)에 전달될 수 있다.
또한, 동력 부재(400)의 외측에는 고정 부재(410)가 배치될 수 있다.
상기 고정 부재(410)는 모터의 고정자로 마련되어, 동력 부재(300)에 대하여 고정 상태로 유지될 수 있다.
또한, 고정 부재(410)는 동력 부재(400)의 외측을 감싸도록 형성될 수 있다.
구체적으로, 동력 부재(400)의 일 측에 부하(A)가 연결된다면, 고정 부재(410)는 동력 부재(400)의 타 측을 감싸도록 형성되어, 동력 부재(400)가 고정 부재(410)를 사이에 두고 고정 표면으로부터 이격 배치될 수 있다.
이때, 고정 부재(410)는 고정 표면 상에 접촉하여 고정된 상태로 유지될 수 있다.
한편, 고정 부재(410) 및 감속 부재(430) 사이에는 힘 측정 부재(420)가 배치될 수 있다.
상기 힘 측정 부재(420)는 동력 부재(400)에서 부하(A)에 제공된 전동력을 측정하기 위한 것이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 힘 측정 부재(420)는 스트레인 게이지 방식의 중공 타입 토크 센서로 마련될 수 있다. 그러나, 힘 측정 부재(420)의 예시는 이에 국한되지 아니하여, 동력 부재(400)에서 부하(A)에 제공된 전동력 또는 동력 부재(400)에서 제공된 전동력에 의한 고정 부재(410) 및 감속 부재(430) 사이의 반력을 측정할 수 있다면 어느 것이든지 가능하다.
이때, 힘 측정 부재(420)는 전술된 바와 같이 고정 표면 상에 접촉된 고정 부재(410) 및 감속 부재(430)의 하우징 요소(434) 사이에 연결되고, 동력 부재(400) 또는 부하(A)와 비접촉 상태로 유지될 수 있다.
또한, 힘 측정 부재(420)가 스트레인 게이지 방식의 중공 타입 토크 센서로 마련된 경우, 힘 측정 부재(420)를 관통하여 샤프트 부재(440)가 배치될 수 있다.
상기 샤프트 부재(440)의 일단은 동력 부재(400)에 연결되고, 샤프트 부재(440)의 타단은 감속 부재(430)의 기어 요소(432)에 연결될 수 있으며, 동력 부재(400)에 의한 전동력이 샤프트 부재(440)를 통해서 기어 요소(432)에 전달될 수 있다. 다시 말해서, 샤프트 부재(440)는 동력 부재(400)의 구동에 의해서 회전될 수 있다.
한편, 힘 측정 부재(420) 및 부하(A) 사이에 감속 부재(430)가 배치될 수 있다.
상기 감속 부재(430)는 동력 부재(400)에 의한 전동력, 구체적으로 동력 부재(400)로부터 부하(A)에 제공되는 전동력을 제어하기 위한 것으로서, 기어 요소(432) 및 하우징 요소(434)를 포함할 수 있다.
상기 기어 요소(432)는 샤프트 부재(440) 및 부하(A) 사이에 연결될 수 있고, 상기 하우징 요소(434)는 기어 요소(432)의 외측을 감싸도록 형성될 수 있다.
이때, 힘 측정 부재(420)의 일단이 고정 부재(410)에 연결되고 힘 측정 부재(420)의 타단이 하우징 요소(434)에 연결됨으로써, 힘 측정 부재(420)에서 고정 부재(410) 및 감속 부재(430), 특히 감속 부재(430)의 하우징 요소(434) 사이의 반력이 측정될 수 있다.
상기 동력 부재(400)는 고정 부재(410) 및 감속 부재(430) 사이의 반력을 견디면서 부하(A)에 전동력을 제공할 수 있기 때문에, 힘 측정 부재(420)에서 고정 부재(410) 및 감속 부재(430) 사이의 반력을 측정함으로써 동력 부재(200) 또는 부하(A)의 전동력이 산출될 수 있다.
이와 같이 제1 내지 제4 실시예에 따른 힘 측정이 가능한 구동 장치는 힘 측정 부재에 구비된 측정 회로가 회전하지 않으면서 동력 부재 또는 부하의 전동력을 측정할 수 있기 때문에 동력 부재 및 부하의 무한 회전이 가능할 수 있을 뿐만 아니라, 동력 부재 및 부하 사이에 감속 부재가 연결되어 동력 부재에 의해서 부하에 더욱 큰 힘을 제공할 수 있다. 동력 부재, 고정 부재, 힘 측정 부재 및 감속 부재의 다양한 조합에 의해서 다양한 모듈화된 구동 장치를 구현할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구범위뿐 아니라 이 청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10, 20, 30, 40: 구동 장치
100, 200, 300, 400: 동력 부재
110, 210, 310, 410: 고정 부재
120, 220, 320, 420: 힘 측정 부재
230, 330, 430: 감속 부재

Claims (8)

  1. 고정 표면과 이격 배치되어 부하에 대하여 전동력을 제공하는 동력 부재;
    상기 동력 부재의 외측을 감싸도록 형성되어 상기 동력 부재에 대하여 고정 상태로 유지되는 고정 부재; 및
    상기 고정 표면 및 상기 고정 부재 사이에 배치되고, 일 단부가 상기 고정 표면에 고정되고 타 단부가 상기 고정 부재에 고정되며, 상기 동력 부재에서 제공된 전동력에 의한 반력을 측정하는 힘 측정 부재;
    를 포함하고,
    상기 힘 측정 부재에서 측정된 반력에 의해서 상기 동력 부재 또는 상기 부하의 전동력이 산출되고,
    상기 힘 측정 부재는 상기 고정 표면 및 상기 고정 부재 사이에서 비회전되도록 상기 동력 부재 또는 부하와 비접촉 상태로 유지되는 힘 측정이 가능한 구동 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 동력 부재 및 상기 부하 사이에 배치되어 상기 동력 부재에 의한 전동력을 제어하는 감속 부재를 더 포함하고,
    상기 감속 부재는,
    상기 동력 부재 및 상기 부하 사이에 연결된 기어 요소; 및
    상기 고정 부재에 연결되어 상기 기어 요소의 외측을 감싸도록 형성된 하우징 요소;
    를 포함하는 힘 측정이 가능한 구동 장치.
  4. 부하에 대하여 전동력을 제공하는 동력 부재;
    상기 동력 부재의 외측을 감싸도록 형성되어 상기 동력 부재에 대하여 고정 상태로 유지되는 고정 부재;
    상기 동력 부재 및 상기 부하 사이에 배치되어, 상기 동력 부재에 의한 전동력을 제어하는 감속 부재; 및
    일 단부가 고정 표면에 고정되고, 타 단부가 상기 고정 부재 또는 상기 감속 부재에 연결되며, 상기 동력 부재에서 제공된 전동력에 의한 반력을 측정하는 힘 측정 부재;
    를 포함하고,
    상기 힘 측정 부재에서 측정된 반력에 의해서 상기 동력 부재 또는 상기 부하의 전동력이 산출되고,
    상기 힘 측정 부재는 상기 고정 표면 및 상기 고정 부재 사이에서 비회전되도록 또는 상기 고정 표면 및 상기 감속 부재 사이에서 비회전되도록 상기 동력 부재 또는 상기 부하와 비접촉 상태로 유지되는 힘 측정이 가능한 구동 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 고정 부재는 고정 표면으로부터 이격 배치되고,
    상기 힘 측정 부재는 상기 고정 표면 및 상기 고정 부재 사이에 배치되며,
    상기 힘 측정 부재를 관통하여 상기 고정 표면에 연결되는 연장 부재;
    를 더 포함하는 힘 측정이 가능한 구동 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 감속 부재는,
    상기 동력 부재 및 상기 부하 사이에 연결된 기어 요소; 및
    상기 고정 부재 및 상기 기어 요소의 외측을 감싸도록 형성된 하우징 요소;
    를 포함하고,
    상기 힘 측정 부재가 상기 하우징 요소에 연결되어 상기 힘 측정 부재에서 상기 고정 표면 및 상기 동력 부재 사이의 반력이 측정되는 힘 측정이 가능한 구동 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 고정 부재는 고정 표면 상에 접촉하고,
    상기 힘 측정 부재는 상기 고정 부재 및 상기 감속 부재 사이에 배치되며,
    상기 힘 측정 부재를 관통하여 상기 동력 부재 및 상기 감속 부재 사이에 연결되는 샤프트 부재;
    를 더 포함하는 힘 측정이 가능한 구동 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 감속 부재는,
    상기 샤프트 부재 및 상기 부하 사이에 연결된 기어 요소; 및
    상기 기어 요소의 외측을 감싸도록 형성된 하우징 요소;
    를 포함하고,
    상기 힘 측정 부재의 일단은 상기 고정 부재에 연결되고 상기 힘 측정 부재의 타단은 상기 하우징 요소에 연결되어, 상기 힘 측정 부재에서 상기 동력 부재 및 상기 감속 부재 사이의 반력이 측정되는 힘 측정이 가능한 구동 장치.
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