KR102057236B1

KR102057236B1 - 탐지 모듈에 기초하는 액추에이터 일체형 로봇 구동 컨트롤러

Info

Publication number: KR102057236B1
Application number: KR1020170145286A
Authority: KR
Inventors: 조형진; 이종배
Original assignee: 조형진; (주)퓨처시스텍
Priority date: 2017-11-02
Filing date: 2017-11-02
Publication date: 2019-12-18
Also published as: KR20190050101A

Abstract

본 발명은 탐지 모듈에 기초하는 액추에이터 일체형 로봇 구동 컨트롤러에 관한 것이고, 구체적으로 엔코더 또는 홀 센서와 같은 위치 탐지에 기초하여 출력 모듈의 구동을 제어하면서 이와 동시에 액추에이터에 일체로 결합된 탐지 모듈에 기초하는 액추에이터 일체형 로봇 구동 컨트롤러에 관한 것이다. 탐지 모듈에 기초하는 액추에이터 일체형 로봇 구동 컨트롤러는 구동 모듈(12)의 작동을 탐지하는 위치 탐지 유닛(15); 구동 모듈(12)의 구동에 의한 출력 모듈(13)의 작동을 탐지하는 작동 탐지 유닛(16); 위치 탐지 유닛(15) 또는 작동 탐지 유닛(16)의 호밍 위치를 설정하는 호밍 설정 유닛(17); 및 위치 탐지 유닛(15) 또는 호밍 설정 유닛(17)으로 전송되는 정보에 기초하여 구동 모듈(12)의 작동을 제어하는 제어 유닛(11)을 포함한다.

Description

탐지 모듈에 기초하는 액추에이터 일체형 로봇 구동 컨트롤러{A Driving Controller Based on a Detecting Module and Integrated with a Actuator}

본 발명은 탐지 모듈에 기초하는 액추에이터 일체형 로봇 구동 컨트롤러에 관한 것이고, 구체적으로 엔코더 또는 홀 센서와 같은 위치 탐지에 기초하여 출력 모듈의 구동을 제어하면서 이와 동시에 액추에이터에 일체로 결합된 탐지 모듈에 기초하는 액추에이터 일체형 로봇 구동 컨트롤러에 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. 로봇의 관절 구조는 로봇의 작동에 영향을 미치고 관절 구조의 작동을 위한 액추에이터는 미리 결정된 동작을 위해서 정확하게 구동이 될 필요가 있다. 그리고 액추에이터의 작동을 위하여 모터와 같은 구동 수단의 위치 및 출력 수단의 위치가 탐지되고, 이에 기초하여 구동 수단에 의하여 출력 수단이 작동되어야 한다. 액추에이터에 의하여 작동되는 관절은 다양한 구조로 만들어질 수 있고, 탐지 수단은 각각의 관절이 위치 또는 방향을 정확하게 탐지할 수 있도록 배치될 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.

선행기술 또는 공지 기술에서 액추에이터의 작동을 위한 다양한 형태의 탐지 유닛 또는 센서가 적용될 수 있고, 센서로부터 전송되는 정보에 기초하여 액추에이터가 작동될 필요가 있다. 그러나 이와 같은 센서 또는 센서 정보에 기초하는 액추에이터의 구동 방법에 대하여 개시하지 않는다.

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 발명의 목적은 탐지 모듈의 정보에 기초하여 작동하는 컨트롤러가 액추에이터와 일체로 결합되어 탐지 오류가 감소되도록 하면서 응답 속도가 빠르고 이와 동시에 서로 다른 관절 유닛에 적용될 수 있는 탐지 모듈에 기초하는 액추에이터 일체형 로봇 구동 컨트롤러를 제공하는 것이다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 탐지 모듈에 기초하는 액추에이터 일체형 로봇 구동 컨트롤러는 구동 모듈의 작동을 탐지하는 위치 탐지 유닛; 구동 모듈의 구동에 의한 출력 모듈의 작동을 탐지하는 작동 탐지 유닛; 위치 탐지 유닛 또는 작동 탐지 유닛의 호밍 위치를 설정하는 호밍 설정 유닛; 및 위치 탐지 유닛 또는 호밍 설정 유닛으로 전송되는 정보에 기초하여 구동 모듈의 작동을 제어하는 제어 유닛을 포함한다.

본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 위치 탐지 유닛 또는 작동 탐지 유닛은 작동 수단에 배치되는 적어도 두 개의 자성 소자 및 홀 센서를 포함하고, 호밍 설정 유닛은 적어도 두 개의 자성 소자의 탐지에 따른 호밍 방향을 결정한다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 구동 모듈과 출력 모듈을 서로 결합시키는 유성 기어 유닛을 더 포함하고 유성 기어 유닛은 세 개의 위상 기어와 세 개의 위상 기어가 맞물리는 선형 기어를 포함한다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 작동 과정에서 발생되는 교란의 입력에 따른 펄스 폭 변조 입력의 입력 구조를 결정하는 입력 조절 유닛을 더 포함한다.

본 발명에 따른 액추에이터 장치는 액추에이터에 컨트롤러가 일체로 결합되면서 액추에이터의 작동에 따른 출력이 탐지되고 그에 기초하여 컨트롤러가 의한 제어가 이루어지는 것에 의하여 작동 오류가 감소되면서 응답 효율이 향상되도록 한다. 또한 본 발명에 따른 액추에이터 장치는 모터, 감속기, 엔코더, 드라이버 및 컨트롤러가 일체로 형성되면서 이와 함께 출력을 위한 출력 모듈이 구동 모듈에 일체로 형성되어 단일 모듈로 만들어질 수 있다. 그리고 이와 같은 단일 모듈 구조에 의하여 로봇 시스템의 최적화가 된 설계가 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 탐지 모듈에 기초하는 액추에이터 일체형 로봇 구동 컨트롤러가 적용된 액추에이터 일체형 구조의 실시 예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 로봇 구동 컨트롤러에 적용되는 탐지 모듈의 실시 예를 도시한 것이다.
도 3a 및 도 3b는 로봇 구동 컨트롤러가 일체로 형성된 액추에이터 장치의 실시 예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 로봇 구동 컨트롤러의 작동 과정의 실시 예를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 로봇 구동 컨트롤러가 일체로 결합된 액추에이터 장치가 로봇 관절 구조에 적용된 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 탐지 모듈에 기초하는 액추에이터 일체형 로봇 구동 컨트롤러가 적용된 액추에이터 일체형 구조의 실시 예를 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 탐지 모듈에 기초하는 액추에이터 일체형 로봇 구동 컨트롤러는 구동 모듈(12)의 작동을 탐지하는 위치 탐지 유닛(15); 구동 모듈(12)의 구동에 의한 출력 모듈(13)의 작동을 탐지하는 작동 탐지 유닛(16); 위치 탐지 유닛(15) 또는 작동 탐지 유닛(16)의 호밍 위치를 설정하는 호밍 설정 유닛(17); 및 위치 탐지 유닛(15) 또는 호밍 설정 유닛(17)으로 전송되는 정보에 기초하여 구동 모듈(12)의 작동을 제어하는 제어 유닛(11)을 포함한다.

컨트롤러는 구동 모듈(12)과 일체로 형성될 수 있고, 마이크로프로세서와 같은 제어 유닛(11), 위치 탐지 유닛(15) 또는 작동 탐지 유닛(16)을 포함할 수 있다. 위치 탐지 유닛(15)은 엔코더 또는 홀 센서와 같은 센서 및 센서로부터 전송된 정보를 처리하는 소프트웨어를 의미하거나, 정보 처리를 위한 소프트웨어 또는 프로세서를 의미한다. 작동 탐지 유닛(16)도 또한 동일하다. 컨트롤러는 구동 모듈(12)과 일체로 형성되어 단일 모듈을 형성할 수 있고, 출력 모듈(13)이 구동 모듈(12)에 결합되어 액추에이터 장치를 형성하면서 단일 모듈 구조로 만들어질 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.

제어 유닛(11)은 마이크로프로세서와 같은 연산 또는 정보 처리 유닛을 포함할 수 있고, 구동 모듈(12)의 작동을 제어할 수 있다. 제어 유닛(11)의 제어에 따라 구동 모듈(12)의 구동이 제어될 수 있다.

구동 모듈(12)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 또는 홀 센서와 같은 위치 탐지 센서가 구동 모듈(12)에 배치될 필요가 있다. 그리고 이와 같은 위치 탐지 센서에 의하여 탐지된 위치 정보가 위치 탐지 유닛(15)으로 전송될 수 있다. 위치 탐지 유닛(15)은 위치 정보를 처리하여 적절한 통신 방법을 통하여 제어 유닛(11)으로 전송할 수 있다. 그리고 제어 유닛(11)은 전송된 위치 정보에 기초하여 구동 모듈(12)의 모터와 같은 구동 수단을 정해진 방법에 따라 작동시켜 출력 모듈(13)로 전송되도록 한다. 출력 모듈(13)은 구동 모듈(12)로부터 전달된 동력에 따라 작동되어 작동 모듈(14)이 요구되는 방식에 따라 작동되도록 한다. 그리고 출력 모듈(13) 또는 작동 모듈(14)의 작동 상태가 작동 탐지 유닛(16)에 의하여 탐지될 수 있다.

작동 탐지 유닛(16)은 위치, 방향, 토크, 속도 또는 이와 유사한 작동과 관련된 매개변수를 탐지하는 동작 탐지 센서로부터 전송된 정보를 처리할 수 있다. 예를 들어 출력 모듈(13)에 홀 센서, 자이로 센서, 토크 센서, 인장 센서 또는 초음파 센서가 설치되고, 각각의 센서로부터 탐지된 정보가 작동 탐지 유닛(16)으로 전송될 수 있다. 작동 탐지 유닛(16)은 전송된 정보를 처리하여 호밍 설정 유닛(17)으로 전송할 수 있다.

호밍 설정 유닛(17)은 위치 탐지 유닛(15) 또는 작동 탐지 유닛(16)에서 호밍 위치를 설정할 수 있고, 호밍 위치는 미리 결정된 작동을 위한 기준 위치를 말한다. 호밍 설정 유닛(17)은 구동 모듈(12) 또는 출력 모듈(13)의 작동 전 위치를 저장할 수 있고, 작동 후 위치에 대한 정보를 작동 전 위치와 비교할 수 있다. 또한 호밍 설정 유닛(17)으로부터 작동 결과에 따른 논리 위치를 제어 유닛(11)으로부터 수신할 수 있다. 호밍 설정 유닛(17)은 논리 위치와 실제 위치를 비교할 수 있고, 오차가 발생되면 오차를 저장할 수 있다. 또한 호밍 설정 유닛(17)은 미리 결정된 위치에 배치된 센서 위치를 저장하고, 센서 위치에서 예를 들어 BLDC 모터의 회전자의 특정 위치가 탐지되는 시각 정보가 저장될 수 있다. 또한 출력 모듈(13)에서 탐지되는 이와 유사한 기준 위치 정보가 저장될 수 있다. 그리고 이와 같은 정보에 기초하여 구동 모듈(12) 또는 출력 모듈(13)이 정해진 동작을 위하여 작동된 이후 이동되어야 하는 호밍 위치를 설정할 수 있다. 그리고 설정된 호밍 위치에 대한 정보가 제어 유닛(11)으로 전송될 수 있고, 제어 유닛(11)은 호밍 위치 상태가 되도록 액추에이터 장치를 작동시키거나, 작동시키지 않을 수 있다. 이후 액추에이터 장치는 로봇의 이후 작동을 위한 대기 상태로 될 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 로봇 구동 컨트롤러에 적용되는 탐지 모듈의 실시 예를 도시한 것이다.

도 2를 참조하면, 위치 탐지 유닛(15) 및 작동 탐지 유닛(16)은 작동 수단에 배치되는 적어도 두 개의 자성 소자(212a, 212b) 및 홀 센서(211)를 포함하고, 호밍 설정 유닛(17)은 적어도 두 개의 자성 소자(212a, 212b)의 탐지에 따른 호밍 방향을 결정한다.

위치 탐지 유닛(15) 또는 작동 탐지 유닛(16)은 위치 탐지 센서를 포함할 수 있고, 위치 탐지 센서는 엔코더 또는 홀 센서를 포함할 수 있다. 구동 모듈 또는 출력 모듈은 기어, 베어링 또는 BLDC와 같은 작동을 위한 작동 유닛(21)이 배치될 수 있다. 예를 들어 작동 유닛(21)은 정해진 위치에서 회전하는 고정 작동 기어(G)가 될 수 있고, 고정 작동 기어(G)의 둘레 면에 적어도 두 개의 자성 소자(212a, 212b)가 배치될 수 있다. 각각의 자성 소자(212a, 212b)는 동일하거나 서로 다른 크기의 자기장을 발생시킬 수 있고, 자성 소자(212a, 212b)가 배치된 위치는 위에서 설정된 호밍 설정 유닛 또는 다른 펌웨어(firmware)에 저장될 수 있다. 고정 작동 기어(G)가 회전하는 둘레 면의 고정된 위치가 되는 홈 위치에 홀 센서(211)가 배치될 수 있다. 홀 센서(211)는 정해진 시각에 적어도 두 개의 자성 소자(212a, 212b)로부터 발생되는 자기장을 탐지하여 고정 작동 기어(G)의 회전 속도 및 미리 결정된 위치가 회전각을 탐지할 수 있다. 구체적으로 고정 작동 기어(G)의 회전에 따라 적어도 두 개의 자성 소자(212a, 212b)에서 발생되는 자기장을 변화를 탐지하여 1, 2 자성 소자(212a, 212b)의 위치를 탐지할 수 있다. 또는 1 자성 소자(212a)가 홀 센서(211)를 통과한 시각을 탐지할 수 있다. 그리고 탐지된 위치 또는 시각이 작동 탐지 유닛(16)으로 전송될 수 있고, 작동 탐지 유닛(16)은 전송된 정보를 호밍 설정 유닛으로 전송할 수 있다. 그리고 호밍 설정 유닛은 호밍 위치를 결정하여 제어 유닛으로 전송하고, 제어 유닛은 호밍 위치로 호밍을 위하여 구동 모듈을 작동시킬 수 있다.

위치 탐지 센서는 또한 구동 모듈 또는 출력 모듈의 호밍에 적용될 수 있고, 호밍을 위하여 1, 2 자성 소자(212a, 212b)의 위치 또는 자기장 값이 저장될 수 있다. 그리고 호밍을 위하여 고정 작동 기어(G)가 미리 결정된 방향(A)으로 이동될 수 있고, 1 자성 소자(212a)가 홀 센서(211)에 탐지되는 위치에 이르도록 고정 작동 기어(G)가 회전될 수 있다. 그리고 1 자성 소자(212a)가 홀 센서(211)에 의하여 탐지되면, 다시 홈 위치로 이동을 위한 호밍을 위하여 호밍 방향(B)으로 정해진 각도로 이동되어 호밍이 완료될 수 있다.

홀 센서(211)의 위치를 탐지하기 위한 위치 설정 센서(23)가 설치될 수 있고, 위치 설정 센서(23)는 예를 들어 홀 센서(211)의 맞은편에 배치된 광센서가 될 수 있다. 광센서에 의하여 홀 센서(211)가 정해진 위치에 고정되어 있는지 여부가 확인될 수 있고, 필요한 경우 오차 수정이 이루어질 수 있다.

도 2의 아래쪽을 참조하면, 홀 센서는 예를 들어 BLDC 모터와 같은 구동 수단(121)의 회전자(R)의 위치를 탐지하기 위하여 적용될 수 있다. 구동 수단(121)은 3상 작동 방식이 될 수 있고, 3개의 홀 센서(211a, 211b, 211c)에 의하여 회전자(R)의 위치가 탐지되어 위치 탐지 유닛(15)으로 전송될 수 있다. 그리고 탐지 정보가 제어 유닛(11)으로 전송될 수 있고, 제어 유닛(11)은 구동 수단(121)의 작동을 위한 드라이버(22)를 작동시킬 수 있다. 이후 드라이버(22)에 의하여 예를 들어 펄스 폭 변조 인버터와 같은 작동 조절 유닛(24)을 작동시켜 구동 수단(121)을 작동시킬 수 있고, 이에 의하여 호밍 또는 필요한 출력이 발생되도록 할 수 있다.

위치 탐지 센서는 위치 탐지 또는 회전 속도의 탐지가 가능한 다양한 센서를 포함할 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.

도 3a 및 도 3b는 로봇 구동 컨트롤러가 일체로 형성된 액추에이터 장치의 실시 예를 도시한 것이다.

도 3a를 참조하면, BLDC 모터와 같은 구동 수단(31)이 유성 기어 유닛(33)에 결합될 수 있고, 구동 수단(31)이 실린더 형상의 결합 하우징(H)의 내부에 배치되고, 유성 기어 유닛(33)은 결합 하우징(H)의 내부 또는 위쪽에 결합될 수 있다. 유성 기어 유닛(33)은 구동 모듈과 출력 모듈을 연결하는 커플러 기능을 가질 수 있고, 필요에 따라 감속 기능을 가질 수 있다. 구체적으로 유성 기어 유닛(33)은 삼각 형상으로 배치된 세 개의 위상 기어(331a, 331b, 331c) 및 위상 기어(331a, 331b, 331c)에 맞물려 회전하는 선형 기어(332)를 포함할 수 있다. 그리고 위상 기어(331a 331b, 331c)는 결합 하우징(H)에 수용될 수 있고, 구동 수단(31)의 작동 축과 연결된 작동 기어와 맞물릴 수 있다. 위상 기어(331a, 331b, 331c)와 선형 기어(332)의 회전 비가 적절하게 조절되는 것에 의하여 유성 기어 유닛(33)이 감속 기능을 가질 수 있다. 또한 유성 기어 유닛(33)의 선형 기어(332)가 출력 모듈에 연결될 수 있고, 이에 의하여 구동 모듈과 출력 모듈이 단일 모듈 구조로 만들어질 수 있다.

결합 하우징(H)은 아래쪽에 연결 홀이 형성되고, 위쪽 면이 개방된 실린더 형상이 될 수 있고, 아래쪽 면에 구동 기판(34)이 배치될 수 있다. 구동 기판(34)은 마이크로프로세서와 같은 중앙 처리 유닛 또는 모터의 작동을 위한 드라이버 또는 엔코더(36)와 같은 부품 또는 소자를 포함할 수 있다. 그리고 결합 하우징(H)의 개방된 위쪽 부분에 출력 하우징(321)이 결합될 수 있다.

출력 하우징(321)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(321)의 내부에 출력 모듈을 형성하는 다양한 부품 또는 소자가 결합될 수 있고, 출력 하우징(321)은 결합 홀에 의하여 유성 기어 유닛(33)과 결합되면서 이와 동시에 결합 하우징(H)에 결합될 수 있다.

출력 하우징(321)의 내부에 베벨 기어 유닛(322a 내지 322d, 323a, 323b)과 출력 유닛(324)이 배치될 수 있다. 베벨 기어 유닛(322a 내지 322d, 323a, 323b)은 유성 기어 유닛(33)과 연결될 수 있고, 베벨 기어(322a 내지 322d, 323a, 323b)에 출력 유닛(324)이 결합되어 예를 들어 0 내지 90도의 각도로 회전이 되도록 한다.

제시된 실시 예에서 구동 기판(34)은 컨트롤러의 기능을 할 수 있고, 엔코더(36) 또는 탐지 유닛이 배치되거나, 신호 처리를 위한 다양한 부품 또는 소자를 포함할 수 있다. 위치 센서 또는 작동 센서가 예를 들어 구동 수단(31), 유성 기어 유닛(33) 또는 출력 유닛(324)에 설치되어 구동 기판(34)과 데이터 통신이 가능하도록 연결될 수 있다. 또한 구동 기판(34)에 외부에 설치된 로봇 제어 수단과 통신이 가능한 다양한 원거리 또는 근거리 통신 칩이 배치될 수 있다.

도 3b를 참조하면, 실린더 형상의 결합 하우징(H)은 아래쪽 부분은 고정 브래킷(C)에 의하여 밀폐가 될 수 있고, 고정 브래킷(C)의 안쪽에 구동 기판(34)이 배치될 수 있다. 그리고 결합 하우징(H)의 위쪽에 유성 기어 유닛(33)이 결합될 수 있다. 유성 기어 유닛(33)의 위쪽에 회전 조절 유닛(331)이 배치되고, 회전 조절 유닛(331)에 출력 하우징(321)이 결합될 수 있다. 회전 조절 유닛(331)은 모터 유닛에 연결되어 회전각의 조절이 가능한 드럼 형상이 될 수 있고, 출력 하우징(321)의 아래쪽 부분을 고정시켜 출력 하우징(321)이 임의의 방향으로 회전되도록 한다. 출력 하우징(321)의 내부에 유성 기어 유닛(33)과 연결되는 1 연결 기어(323a)가 배치되고, 1 연결 기어(323a)의 위쪽 면에 서로 마주보는 한 쌍의 조절 기어(322a, 322c)가 맞물리고, 한 쌍의 조절 기어(322a, 322c)에 한 쌍의 전달 기어(322b, 322d)가 맞물릴 수 있다. 그리고 한 쌍의 전달 기어(322b, 322d)에 2 연결 기어(323b)가 맞물리고, 2 연결 기어(323b)에 출력 유닛(324)이 맞물릴 수 있다. 각각의 기어(322a 내지 322d)는 드럼 부분과 원뿔 부분으로 이루어질 수 있고, 동일하거나 서로 다른 회전 비를 가질 수 있다.

1, 2 연결 기어(323a, 323b)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(322a, 322c)는 서로 마주보도록 배치되면서 원뿔 부분이 1 연결 기어(323a)의 원뿔 부분에 맞물리도록 결합될 수 있다. 한 쌍의 전달 기어(322b, 322d)는 한 쌍의 조절 기어(322a, 322c)와 동일한 방향으로 배치되면서 서로 다른 회전 비를 가질 수 있다. 한 쌍의 조절 기어(322a, 322c)와 한 쌍의 전달 기어(322b, 322d)는 드럼 부분이 서로 맞물릴 수 있고, 전달 기어(322b, 322d)의 드럼 부분의 지름은 조절 기어(322a, 322c)의 드럼 부분의 지름에 비하여 클 수 있다. 그리고 2 연결 기어(323b)는 한 쌍의 전달 기어(322b, 322d)의 원뿔 부분에 원뿔 부분이 맞물릴 수 있고, 드럼 부분에 출력 유닛(324)이 결합될 수 있다. 이와 같이 각각의 기어(322a 내지 322d, 323a, 323b)가 원뿔 부분과 드럼 부분으로 이루어지면서 필요에 따라 서로 다른 회전 비를 가지도록 하는 것에 의하여 안정적으로 동력이 전달되도록 한다. 출력 하우징(321)의 작동 개방 부분을 통하여 출력 유닛(324)이 외부로 노출될 수 있고, 구동 모듈의 작동에 의하여 커플러 모듈이 작동되어 출력 유닛(324)이 임의의 각도로 회전될 수 있다. 그리고 이에 의하여 출력 유닛(324)에 연결된 동작 모듈이 다양한 방향으로 꺾일 수 있다.

위치 탐지를 위하여 구동 수단(31)에 홀 센서가 배치되고, 엔코더(36)에 의하여 구동 수단(31)의 위치가 탐지될 수 있다. 또한 유성 기어 유닛(33)의 정해진 위치에 홀 센서가 배치되고, 적어도 하나의 위상 기어(331a, 331b, 331c)에 적어도 두 개의 자성 소자가 배치될 수 있다. 또한 베벨 기어 유닛(322a, 내지 322d, 323a, 323b)의 적어도 하나 또는 출력 유닛(324)에 위치 탐지 센서가 배치될 수 있다. 위치 탐지 센서에서 탐지된 탐지 정보가 구동 기판(34)으로 전송될 수 있고, 이에 기초하여 구동 수단(31)이 작동될 수 있다. 이와 같이 컨트롤러, 구동 모듈, 커플러 모듈, 출력 모듈 및 탐지 모듈이 하나의 독립된 모듈로 만들어져 액추에이터 장치를 형성할 수 있다. 그리고 독립 모듈 구조로 만들어진 액추에이터 장치는 로봇의 다양한 관절을 형성할 수 있다.

로봇의 서로 다른 위치에 배치되는 액추에이터 모듈은 배치 위치 또는 작동 구조에 따라 다양한 형태의 오차가 발생될 수 있고, 이와 같은 오차가 보상이 될 필요가 있다.

도 4는 본 발명에 따른 로봇 구동 컨트롤러의 작동 과정의 실시 예를 도시한 것이다.

도 4를 참조하면, 구동 입력 유닛(41)에 의하여 구동 수단으로 구동을 위한 입력이 이루어질 수 있고, 예를 들어 구동 입력은 펄스 폭 변조 방식이 될 수 있다. 다양한 원인으로 인하여 교란이 발생될 수 있고, 교란 입력 유닛(47)에 의하여 미리 결정된 교란 형태가 입력될 수 있다. 교란 입력 유닛(47)은 교란 데이터베이스(46)로부터 교란 상태를 수신하여 구동 입력과 함께 교란 신호를 액추에이터 장치로 입력할 수 있다. 교란 분석 유닛(42)에 의하여 교란이 추가된 상태의 구동 입력이 분석될 수 있고, 예를 들어 진폭의 변화, 주기의 변화 또는 파형의 변화와 같은 것이 분석될 수 있다. 교란 분석 유닛(42)에 의하여 교란의 형태에 따라 입력의 변형이 분석되면 입력 조절 유닛(43)에 의하여 미리 결정된 동작에 대응되는 형태로 구동 입력이 조절되어 구동 수단(44)으로 입력될 수 있다.

입력 조절 유닛(43)에 의하여 구동 수단(44)으로 입력이 되어 출력 모듈이 작동되면 위치 탐지 유닛(15)에 의하여 구동 입력에 따른 위치가 탐지될 수 있다. 그리고 탐지 결과가 비교기(45)로 전송이 되고, 비교기(45)에서 요구되는 위치와 위치 탐지 유닛(15)에 의하여 탐지된 위치가 비교될 수 있다. 비교기(45)는 교란 입력 유닛(47)에 의하여 입력된 교란의 적합 여부를 판단할 수 있고, 비교 및 판단 결과를 교란 데이터베이스(46)로 전송할 수 있다. 교란 데이터베이스(46)는 비교기에서 전송될 비교 및 판단 결과에 따라 교란 데이터를 적절하게 수정할 수 있다.

본 발명에 따른 컨트롤러는 다양한 위치에 배치되는 액추에이터 장치에 대한 교란 데이터에 기초하여 구동 입력을 조절할 수 있고, 교란 데이터는 액추에이터 장치의 배치 위치 또는 작동 구조에 따라 서로 다른 교란 값을 가질 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 로봇 구동 컨트롤러가 일체로 결합된 액추에이터 장치가 로봇 관절 구조에 적용된 실시 예를 도시한 것이다.

도 5를 참조하면, 액추에이터 장치(30a, 30b, 30c, 30d)는 로봇의 관절을 형성할 수 있고, 몸체(51)와 작동 암(53)을 서로 연결시켜 작동 암(53)이 임의의 각도 또는 방향으로 꺾일 수 있도록 한다. 몸체(51)와 작동 암(53)은 연장 부재(52)에 의하여 서로 연결될 수 있고, 연장 부재의 양쪽 끝에 액추에이터 장치(30b, 30c)가 배치될 수 있다. 또한 몸체(51)와 작동 암(53)에 액추에이터 장치(30a, 30d)가 각각 배치될 수 있다. 서로 다른 액추에이터 장치(30a와 30b 또는 30c와 30d)가 관절을 형성하여 작동 암(53)이 몸체(51)에 대하여 임의의 방향을 향하도록 할 수 있다.

각각의 액추에이터 장치(30a, 30b, 30c, 30d)가 독립 모듈을 형성하면서 독립적으로 작동될 수 있다. 구체적으로 각각의 액추에이터 장치(30a, 30b, 30c, 30d)에 탐지 모듈에 설치되고, 탐지 모듈에서 탐지된 정보에 기초하여 각각의 액추에이터 장치(30a, 30b, 30c, 30d)에 설치된 컨트롤러에 의하여 작동될 수 있다. 컨트롤러와 일체로 형성된 액추에이터 장치(30a, 30b, 30c, 30d)는 다양한 로봇 시스템에 적용될 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.

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.

11: 제어 유닛 12: 구동 모듈
13: 출력 모듈 14: 작동 모듈
15: 위치 탐지 유닛 16: 작동 탐지 유닛
17: 호밍 설정 유닛 21: 작동 유닛
22: 드라이버 23: 위치 설정 센서
24: 작동 조절 유닛 30a, 30b, 30c, 30d: 액추에이터 장치
31: 구동 수단 33: 유성 기어 유닛
34: 구동 기판 36: 엔코더
41: 구동 입력 유닛 42: 교란 분석 유닛
43: 입력 조절 유닛 44: 구동 수단
45: 비교기 46: 교란 데이터베이스
47: 교란 입력 유닛 51: 몸체
52: 연장 부재 53: 작동 암
121: 구동 수단 211, 211a, 211b, 211c: 홀 센서
212a, 212b: 1, 2 자성 소자 321: 출력 하우징
322a 내지 322d, 323a, 323b: 베벨 기어 유닛
323a, 323b: 1, 2 연결 기어 322a, 322c: 조절 기어
322b, 322d: 전달 기어 324: 출력 유닛
331: 회전 조절 유닛 331a, 331b, 331c: 위상 기어
332: 선형 기어 C: 고정 브래킷
G: 고정 작동 기어 H: 결합 하우징
R: 회전자

Claims

구동 모듈(12)의 작동을 탐지하는 위치 탐지 유닛(15);
구동 모듈(12)의 구동에 의한 출력 모듈(13)의 작동을 탐지하는 작동 탐지 유닛(16);
위치 탐지 유닛(15) 또는 작동 탐지 유닛(16)의 호밍 위치를 설정하는 호밍 설정 유닛(17); 및
위치 탐지 유닛(15) 또는 호밍 설정 유닛(17)으로 전송되는 정보에 기초하여 구동 모듈(12)의 작동을 제어하는 제어 유닛(11)을 포함하고,
위치 탐지 유닛(15) 또는 작동 탐지 유닛(16)은 정해진 위치에서 회전하는 고정 작동 기어(G)의 둘레 면에 배치되는 적어도 두 개의 자성 소자(212a, 212b) 및 고정 작동 기어(G)가 회전하는 둘레 면의 고정된 위치가 되는 홈 위치에 배치된 홀 센서(211)를 포함하고, 호밍 설정 유닛(17)은 상기 홀 센서(211)에 의한 적어도 두 개의 자성 소자(212a, 212b)에서 발생하는 자기장의 변화의 탐지에 따른 호밍 방향을 결정하고,
상기 홀 센서(211)가 정해진 위치에 고정되어 있는지 여부를 확인하여 상기 홀 센서(211)의 위치에 대한 오차를 수정하도록 상기 홀 센서(211)의 맞은 편에 위치된 위치 설정 센서(23)로서의 광 센서를 더 포함하고,
작동 과정에서 발생되는 교란의 입력에 따른 펄스 폭 변조 입력의 입력 구조를 결정하는 입력 조절 유닛(43)을 더 포함하는 탐지 모듈에 기초하는 액추에이터 일체형 로봇 구동 컨트롤러.
삭제
청구항 1에 있어서, 구동 모듈(12)과 출력 모듈(13)을 서로 결합시키는 유성 기어 유닛(33)을 더 포함하고 유성 기어 유닛(33)은 세 개의 위상 기어(331a, 331b, 331c)와 세 개의 위상 기어(331a, 331b, 331c)가 맞물리는 선형 기어(332)를 포함하는 탐지 모듈에 기초하는 액추에이터 일체형 로봇 구동 컨트롤러.
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