KR102152411B1 - 댐핑형 관절모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는 댐핑형 관절모듈이 개시되며, 본 발명의 일실시예에 따른 댐핑형 관절모듈은 제1부재 및 제2부재를 상호 연결하며 구동부의 구동력으로 상기 제1부재에 대해 상기 제2부재를 회전시키는 관절모듈에 있어서, 상기 제1부재와 연결되고, 상기 구동부의 구동력에 의해 회전되는 제1회전부재, 상기 제1회전부재에 회전 가능하도록 결합되고, 상기 제1회전부재의 회전축과 나란한 회전축을 가지며, 상기 제2부재와 연결되는 제2회전부재 및 일측이 상기 제1회전부재에 결합되고, 타측이 상기 제2회전부재에 결합되며, 상기 제1회전부재에 대한 상기 제2회전부재의 상대회전에 의해 탄성 변형되는 탄성부재를 포함한다.

Description

댐핑형 관절모듈{DAMPING JOINT MODULE}

본 발명은 댐핑형 관절모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 2개의 부재를 회전 가능하도록 상호 연결하는 댐핑형 관절모듈에 관한 것이다.

제조, 운송 등의 산업분야를 포함한 다양한 분야에서 작업을 위한 로봇이나 기타 설비 등의 장치가 이용되며, 이러한 로봇 등의 설비는 작업이 용이성과 다양성을 위해 관절을 포함한 형태를 가질 수 있다.

한편, 로봇 등의 설비에서 관절은 2개의 서로 다른 부재를 연결하며, 상기 2개의 서로 다른 부재는 관절에 의해 상호 회전 가능하게 된다. 한편, 복수의 부재와 관절을 포함하는 로봇 등의 설비는 작업 시 상기 관절에 작업대상에 의한 하중 등 외부로부터의 힘이 작용할 수 있다.

상기 하중 등의 외력이 관절에 전달되는 경우 관절을 조절하는 모터 등의 구동부에 상기 외력이 작용하므로, 정상 작동을 위한 동력 소모가 증가할 수 있고, 나아가 관절 및 구동부의 파손으로 이어질 수도 있는 바, 관절을 포함한 로봇 등의 설비에서 상기 관절에 작용하는 외력에 적절하게 대처하는 것은 중요한 과제가 된다.

본 발명의 실시예들은 외부에서 전달되는 외력에 효과적으로 대응할 수 있고, 관절의 제어를 효율적으로 수행할 수 있는 댐핑형 관절모듈을 제공하고자 한다.

본 발명의 일실시예에 따른 댐핑형 관절모듈은 제1부재 및 제2부재를 상호 연결하며 구동부의 구동력으로 상기 제1부재에 대해 상기 제2부재를 회전시키는 관절모듈에 있어서, 상기 제1부재와 연결되고, 상기 구동부의 구동력에 의해 회전되는 제1회전부재, 상기 제1회전부재에 회전 가능하도록 결합되고, 상기 제1회전부재의 회전축과 나란한 회전축을 가지며, 상기 제2부재와 연결되는 제2회전부재 및 일측이 상기 제1회전부재에 결합되고, 타측이 상기 제2회전부재에 결합되며, 상기 제1회전부재에 대한 상기 제2회전부재의 상대회전에 의해 탄성 변형되는 탄성부재를 포함한다.

상기 제1회전부재는 내부공간을 가지며, 상기 제2회전부재 및 탄성부재는 상기 내부공간에 설치될 수 있다.

상기 구동부는 상기 제1부재와 결합되고, 상기 제1회전부재는 상기 구동부의 구동축에 결합되며, 상기 제2회전부재의 회전축은 상기 구동축과 이격되어 마련될 수 있다.

상기 제2회전부재는 상기 제2부재가 결합되는 결합부가 상기 제1회전부재의 외부로 노출될 수 있다.

상기 탄성부재는 탄성변형 전의 원형상태에서 상기 제1회전부재의 회전축 및 상기 제2회전부재의 회전축 사이를 이은 가상선상에 위치될 수 있다.

상기 탄성부재는 상기 제1회전부재의 회전축과 나란한 길이방향을 가지며, 상기 제1회전부재 및 제2회전부재에 각각 결합되는 제1스틱과 제2스틱 및 상기 제1스틱 및 제2스틱 사이를 연결하는 탄성체를 포함할 수 있다.

상기 탄성체는 복수로 마련되어 상기 제1스틱 및 제2스틱의 길이방향을 따라 이격 배치될 수 있다.

상기 제1스틱은 상기 제1회전부재의 회전축 및 상기 제2회전부재의 회전축 사이를 이은 상기 가상선을 따라 위치가 조절될 수 있다.

상기 제1스틱은 양단부에 각각 상기 가상선을 따라 연장된 슬라이딩돌기가 마련되고, 상기 제1회전부재는 상기 제1스틱의 상기 양단부가 결합되는 각 부위에 상기 가상선을 따라 연장되고 상기 슬라이딩돌기가 삽입되는 슬라이딩홈이 마련될 수 있다.

상기 제1회전부재에 마련되고, 상기 가상선을 따라 연장되는 결합돌기가 상기 제1스틱에 결합되어 상기 제1스틱의 위치를 조절하는 위치조절부를 더 포함할 수 있다.

상기 제1회전부재에 대한 상기 제2회전부재의 상대회전량을 측정하는 엔코더를 더 포함할 수 있다.

상기 제2회전부재는 중공형으로 마련되고, 상기 엔코더는 상기 제2회전부재의 중공 내에 배치될 수 있다.

상기 제어부는 상기 엔코더로부터 상기 제2회전부재의 상대회전량을 전달받아 상기 제2부재에 작용하는 외력을 산출할 수 있다.

본 발명의 실시예들은 외부에서 전달되는 외력에 효과적으로 대응할 수 있고, 관절의 제어를 효율적으로 수행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 댐핑형 관절모듈을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 댐핑형 관절모듈의 분해도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 댐핑형 관절모듈의 회전 전 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 댐핑형 관절모듈의 회전 후 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 댐핑형 관절모듈에 외력이 작용한 모습을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 댐핑형 관절모듈의 단면을 나타낸 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본 명세서에서, 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

또한 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로써, 본 발명을 한정하려는 의도로 사용되는 것이 아니다.

또한 본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.

또한 본 명세서에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것일 뿐, 하나 또는 그 이상의 다른 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

또한 본 명세서에서, '및/또는' 이라는 용어는 복수의 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. 본 명세서에서, 'A 또는 B'는, 'A', 'B', 또는 'A와 B 모두'를 포함할 수 있다.

도 1에는 본 발명의 일실시예에 따른 댐핑형 모듈관절의 사시도가 도시되어 있으며, 도 2에는 본 발명의 일실시예에 따른 댐핑형 모듈관절의 분해도가 도시되어 있다.

본 발명의 일실시예는 제1부재(10) 및 제2부재(20)를 상호 연결하며, 구동부(50)의 구동력으로 상기 제1부재(10)에 대해 상기 제2부재(20)를 회전시키는 관절모듈에 있어서, 상기 제1부재(10)와 연결되고, 상기 구동부(50)의 구동력에 의해 회전되는 제1회전부재(100), 상기 제1회전부재(100)에 회전 가능하도록 결합되고, 상기 제1회전부재(100)의 회전축(A)과 나란한 회전축을 가지며, 상기 제2부재(20)와 연결되는 제2회전부재(200) 및 일측이 상기 제1회전부재(100)에 결합되고, 타측이 상기 제2회전부재(200)에 결합되며, 상기 제1회전부재(100)에 대한 상기 제2회전부재(200)의 상대회전에 의해 탄성 변형되는 탄성부재(300)를 포함한다.

관절모듈은 서로 다른 제1부재(10) 및 제2부재(20)를 상호 회전 가능하도록 연결할 수 있다. 구동부(50)는 관절모듈에 포함되거나 독립적으로 설치되어 기어세트 또는 링크구조를 통해 관절모듈에 회전력을 제공할 수 있다.

제1회전부재(100)는 제1부재(10)와 연결되며, 구동부(50)의 구동력으로 제1부재(10)에 대해 회전한다. 도 1 내지 2에는 본 발명의 일실시예에 따라 구동부(50)가 제1부재(10)에 결합되고 상기 구동부(50)의 회전축에 제1회전부재(100)가 결합된 구조가 도시되어 있다.

다만, 구동부(50)는 제1회전부재(100)에 포함되도록 마련될 수도 있고 제1회전부재(100)는 직접 제1회전부재(100)에 회전 가능하도록 결합된 구조를 취할 수도 있다.

제2회전부재(200)는 제1회전부재(100)에 회전 가능하도록 결합된다. 즉, 제2회전부재(200)는 제1회전부재(100)에 대한 상대회전이 허용되며, 제2회전부재(200)의 회전축(B)은 제1회전부재(100)의 회전축(A) 또는 구동부(50)의 구동축과 나란할 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면 제1회전부재(100)는 구동부(50)의 구동축에 결합되어 회전하므로, 제1회전부재(100)의 회전축(A)은 구동부(50)의 구동축과 동일할 수 있다.

따라서, 어느 일방향의 회전을 기준으로, 제1회전부재(100)는 구동부(50)에 의해 제1부재(10)에 대해 회전되며, 제1회전부재(100)에 결합된 제2회전부재(200)는 상기 제1회전부재(100)와 함께 제1부재(10)에 대해 회전됨과 동시에, 제1회전부재(100)에 회전 가능하게 결합되므로 제1회전부재(100)에 대한 상대회전 또한 가능하다.

한편, 제2회전부재(200)에는 제2부재(20)가 결합된다. 도 1 내지 2에 도시된 것처럼, 제2부재(20)는 일단이 제2회전부재(200)의 결합부(220)에 삽입 등의 방식으로 결합될 수도 있다. 그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 제2회전부재(200)가 별도의 구성을 매개로 제2부재(20)와 연결관계 또는 결합관계를 형성할 수도 있다.

한편, 탄성부재(300)는 일측이 제1회전부재(100)에 결합되고, 타측이 제2회전부재(200)에 결합된다. 바람직하게는, 일단이 제1회전부재(100)에 결합되고, 타단이 제2회전부재(200)에 결합될 수 있다.

탄성부재(300)는 탄성 변형 및 복원이 가능한 탄성체(330)로 마련되며, 예컨대 도 2에 도시된 바와 같이 인장코일스프링일 수 있다. 인장코일스프링은 외력(F)에 의해 인장되며, 수축작용에 따른 탄성력을 제공할 수 있다.

바람직하게는 도 2에 도시된 것처럼 양단이 각각 제1회전부재(100) 및 제2회전부재(200)에 결합된 탄성부재(300)는 제1회전부재(100)에 대한 제2회전부재(200)의 회전, 즉 제2회전부재(200)의 회전축(B)을 중심으로 하는 제2회전부재(200)의 회전에 의해 인장된다.

따라서, 탄성부재(300)는 제1회전부재(100)에 대한 제2회전부재(200)의 상대회전 시 인장되어 탄성 변형되며, 변형 전 복원되기 위한 복원력을 제2회전부재(200)에 제공하게 된다.

상기 탄성부재(300)의 복원력은 제2회전부재(200)를 제1회전부재(100)에 대한 회전 전의 상태로 복원시키게 되고, 이에 따라 제2회전부재(200)는 외력(F)이 작용하는 경우 제1회전부재(100)에 대해 회전하게 되지만 탄성부재(300)의 탄성력 또는 복원력에 의해 다시 원상태로 돌아오게 된다.

상기 제1회전부재(100) 및 제2회전부재(200)의 결합관계와 탄성부재(300)에 의한 작동관계를 도 3 내지 5를 통해 설명하면 다음과 같다.

도 3을 살펴보면, 제1부재(10)에 연결된 제1회전부재(100)가 도시되어 있으며, 제2회전부재(200)는 상기 제1회전부재(100)의 일측에 회전 가능하도록 결합된다. 한편, 탄성부재(300)는 제1회전부재(100) 및 제2회전부재(200)에 결합되어 있는 모습이 개략적으로 도시되어 있다.

도 3은 구동부(50)에 의해 관절모듈이 회전되기 전의 모습에 해당한다. 즉, 본 발명의 일실시예에 따라, 제1부재(10) 및 제2부재(20)는 빔의 형태를 가지며, 제1회전부재(100)에 연결된 제1부재(10) 및 제2회전부재(200)에 연결된 제2부재(20)가 서로 동일한 직선상에 배치된다.

도 4는 도 3의 댐핑형 관절모듈에서 구동부(50)의 구동력에 의해 제1회전부재(100)가 회전된 모습이 도시되어 있다. 이에 따라, 제1부재(10)에 연결된 제1회전부재(100)는 제1부재(10)에 대해 일정 각도 회전되고, 상기 제1회전부재(100)상에 결합된 제2회전부재(200) 또한 제1회전부재(100)와 같이 제1부재(10)에 대해 일정각도 회동한 모습이 도시되어 있다.

도 4의 경우, 제2회전부재(200)는 제1부재(10)에 대해 회전되었으나 제1회전부재(100)에 대한 상대회전은 일어나지 않으며, 이에 따라 탄성부재(300) 또한 탄성 변형으로 인장되기 전의 상태를 유지한다.

도 5에는 도 4의 댐핑형 관절모듈에서 제2부재(20)에 외력(F)이 작용한 모습이 도시되어 있다. 본 발명의 외력(F)은 외부의 충격이나 하중으로서 제2부재(20) 등에 전달된 힘을 의미한다. 외력(F)의 작용대상은 반드시 제2부재(20)가 아니라 제1부재(10)일 수도 있음은 물론이다.

제조 또는 운반 등의 산업분야 등에서 사용되는 로봇 등의 시설물의 경우, 작업을 위한 동작을 수행하는 중 다양한 이유로 외력(F)이 전달될 수 있다. 예컨대, 대상물을 쥐어 이동시키는 로봇암의 경우 대상물을 집어 올리는 순간에 순간적인 하중 발생으로 본 발명의 외력(F)에 해당하는 힘이 로봇암에 전달될 수 있고, 로봇의 이동을 위한 레그의 경우 지면이 밀어내는 동작에서 로봇 자체의 하중에 대한 지면의 반력이 본 발명에서 정의하는 외력(F)으로 상기 레그에 작용할 수도 있다.

나아가, 로봇 등이 작업을 수행하는 과정에서 외부로부터 충격이 가해질 수도 있으며, 작업 시 예상되는 하중을 벗어난 대상물이 존재하는 경우 제1부재(10) 및 제2부재(20)를 연결하는 관절모듈에 부하를 증가시킬 수도 있다.

이와 같이 다양한 이유로 제2부재(20) 등에 작용하는 외력(F)은 결국 제1부재(10) 및 제2부재(20)를 연결하는 관절모듈에 부하 또는 충격으로 작용하게 되고, 이러한 부하 또는 충격은 관절모듈의 파손, 고장 등을 야기할 수 있다. 본 발명의 일실시예는 상기 외력(F) 등에 의한 부하 또는 충격으로부터 관절모듈의 손상이나 고장을 효과적으로 억제할 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예는 제2부재(20)에 외력(F)이 가해지면 상기 제2부재(20)와 결합된 제2회전부재(200)가 제2회전부재(200)의 회전축(B)을 중심으로 제1회전부재(100)에 대해 회전된다.

제2회전부재(200)의 회전과 함께 탄성부재(300)가 인장되는데, 제2부재(20)에 전달되어 제2회전부재(200)에 회전력으로 작용한 외력(F)은 탄성부재(300)의 인장과 함께 탄성부재(300)에 의해 흡수된다. 따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 댐핑형 관절모듈은 외력(F)이 발생하더라도 관절모듈의 충격이나 부하가 완화되어 파손이나 고장을 방지할 수 있다.

한편, 인장되면서 외력(F)을 흡수한 탄성부재(300)는 상기 외력(F)을 다시 복원력으로서 제2회전부재(200)에 제공하게 된다. 이에 따라, 제2회전부재(200)는 도 5의 상태에서 탄성부재(300)에 의해 다시 도 4의 상태로 돌아가게 되며, 이를 통해 충격 또는 부하를 완화시킨 도 5의 상태의 관절모듈은 별도의 동력을 제공하지 않더라도 제2회전부재(200) 및 제2부재(20)가 다시 외력(F)이 전달되기 전의 상태로 복원될 수 있다.

결국, 본 발명에 따른 댐핑형 관절모듈은 제1회전부재(100) 및 제2회전부재(200)를 구비하고, 제2회전부재(200)가 외력(F)에 의해 제1회전부재(100)에 대해 회전되며, 상기 제2회전부재(200)에 전달된 외력(F)을 흡수하여 복원력으로 제공하는 탄성부재(300)를 구비함으로써, 외부 충격이나 부하에 대해 손상 등의 고장을 효과적으로 방지할 수 있으며, 나아가 별도의 동력 소비 없이도 외력(F) 발생 전의 형태로 복원 가능한 유리한 점이 있다.

한편, 본 발명의 일실시예에 따른 댐핑형 관절모듈은 도 1 내지 2에 도시된 바와 같이 상기 제1회전부재(100)가 내부공간을 가지며, 상기 제2회전부재(200) 및 탄성부재(300)는 상기 내부공간에 설치될 수 있다.

제1회전부재(100)는 종국적으로 제1부재(10)에 대한 제2부재(20)의 회전각을 조절하며 제2회전부재(200) 및 탄성부재(300)가 설치되는 대상에 해당하는 바, 본 발명의 일실시예에 따른 댐핑형 관절모듈에서 제1회전부재(100)는 케이스 또는 메인 바디에 해당한다고 볼 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 일실시예는 제1회전부재(100)가 내부공간이 형성된 케이스 타입으로 마련되고, 제2회전부재(200) 및 탄성부재(300)가 상기 제1회전부재(100)의 내부공간상에 설치되도록 하여 구조적 안정성을 향상시킨다.

이에 따라, 제2회전부재(200)가 제1회전부재(100)와 함께 제1부재(10)에 대해 회전될 수 있도록 제1회전부재(100)에 결합되고 탄성부재(300)가 안정적으로 고정될 수 있는 구조가 효과적으로 구현된다. 제1회전부재(100)에 대한 제2회전부재(200) 및 탄성부재(300)의 결합구조는 도 2에 도시되어 있으며, 본 발명의 일실시예에 따른 댐핑형 관절모듈의 단면이 도시된 도 6을 참고할 수도 있다.

한편, 본 발명의 일실시예에 따른 댐핑형 관절모듈은 상기 구동부(50)가 상기 제1부재(10)와 결합되고, 상기 제1회전부재(100)는 상기 구동부(50)의 구동축에 결합되며, 상기 제2회전부재(200)의 회전축(B)은 상기 구동축과 이격될 수 있다.

도 1 및 2에 도시된 본 발명의 일실시예는 구동부(50)의 일측이 제1부재(10)에 결합되며, 바람직하게는 제1부재(10)의 일단이 구동부(50)에 삽입 결합된다. 도 1 및 2는 구동부(50)의 구동축이 대략 제1부재(10)의 길이방향에 수직하게 배치된 구조를 제시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 구동축이 제1부재(10)의 길이방향과 나란하거나 사선을 이룰 수도 있다.

제1회전부재(100)는 구동부(50)의 구동축에 결합될 수 있는데, 제1회전부재(100)가 결합될 수 있도록 구동부(50)의 구동축은 제1회전부재(100)를 바라보는 일면이 제1회전부재(100)와 접하고, 제1회전부재(100)는 볼트 등의 체결수단을 통해 구동축의 상기 일면에 결합될 수 있다.

제1회전부재(100)는 구동부(50)의 구동축에 결합되어 함께 회전되는 바, 제1회전부재(100)의 회전축(A)은 구동축과 동일할 수 있다.

제2회전부재(200)는 도 2에서 도시된 것처럼 제1회전부재(100)의 일측에 결합될 수 있으며, 이에 따라 제2회전부재(200)의 회전축(B)은 제1회전부재(100)의 회전축(A)과 이격되도록 배치될 수 있다. 제1회전부재(100)의 회전축(A)과 제2회전부재(200)의 회전축(B)간의 이격으로 탄성부재(300)의 배치공간이 형성될 수 있다.

예컨대, 제1회전부재(100)의 회전축(A) 및 제2회전부재(200)의 회전축(B)이 상호 이격되지 않은 경우 탄성부재(300)로서 인장코일스프링 등을 사용하지 못하거나 탄성부재(300)를 결합시키기 위한 또 다른 구조를 고려해야 하는데, 본 발명의 일실시예는 제1회전부재(100)의 회전축(A) 및 제2회전부재(200)의 회전축(B)을 이격시킴으로써 탄성부재(300)의 선택 자유도가 높아지고 효율적으로 배치가 가능하다.

또한, 제2회전부재(200)의 회전축(B)이 제1회전부재(100)의 회전축(A)과 이격됨으로써 제1회전부재(100)의 회전각에 대한 제2회전부재(200)의 상대회전량의 파악이 용이할 수 있으며, 제2부재(20)에 전달된 외력(F)이 제2회전부재(200)의 상대회전으로 전환되지 않고 제1회전부재(100)의 회전, 즉 구동축의 부하로 전달되는 것을 방지하는 데에 유리할 수 있다.

한편, 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 댐핑형 관절모듈에서 상기 제2회전부재(200)는 상기 제2부재(20)가 결합되는 결합부(220)가 상기 제1회전부재(100)의 외부로 노출될 수 있다.

제2회전부재(200)는 제2부재(20)와 결합되기 위한 결합부(220)를 가질 수 있으며, 결합부(220)는 다양한 방식으로 제2부재(20)와 결합될 수 있으나 본 발명의 일실시예에서는 제2부재(20)의 단부가 삽입되는 홈의 형태를 가질 수 있다.

한편, 제2회전부재(200)는 상기 결합부(220)가 제1회전부재(100)의 외부로 노출되도록 마련됨으로써, 제2부재(20)가 결합된 상태로 제1회전부재(100)에 대해 회전할 수 있다. 즉, 제2회전부재(200)는 결합부(220)가 제1회전부재(100)의 내부공간으로부터 외부로 노출되도록 배치됨으로써 제2부재(20)와 함께 회전하는 것이 제1회전부재(100)에 의해 방해되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

한편, 본 발명의 일실시예에 따른 댐핑형 관절모듈에서 상기 탄성부재(300)는 탄성변형 전의 원형상태에서 상기 제1회전부재(100)의 회전축(A) 및 상기 제2회전부재(200)의 회전축(B) 사이를 이은 가상선(V)상에 위치될 수 있다.

도 3 내지 6에는 제1회전부재(100)의 회전축(A) 및 제2회전부재(200)의 회전축(B) 사이를 이은 가상선(V)이 도시되어 있다. 탄성부재(300)는 원형상태에서 제1회전부재(100)의 회전축(A) 및 제2회전부재(200)의 회전축(B) 사이에 위치하도록 마련되고, 바람직하게는 제1회전부재(100) 및 제2회전부재(200)가 서로 마주하는 부분에 양단부가 각각 결합될 수 있다.

탄성부재(300)가 상기 가상선(V)상에 배치되지 않는 경우, 탄성부재(300)의 변형 전 상태에서 제1부재(10) 및 제2부재(20)가 설계상 요구되는 방향을 이루도록 구현하는 데에 불리할 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 일실시예는 탄성부재(300)를 상기 가상선(V)상에 배치하여 제1부재(10) 및 제2부재(20)가 원하는 방향을 이룬 상태로 본 발명의 댐핑형 관절모듈을 설계하는 데에 유리하도록 한다.

또한, 상기 탄성부재(300)가 상기 가상선(V)상에 배치되지 않은 경우, 제2회전부재(200)의 회전 방향에 따라 탄성부재(300)의 인장 또는 압축상태가 달라질 수 있고, 나아가 회전 방향이나 회전각에 따라 탄성부재(300)의 탄성력이 차이를 보일 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일실시예는 탄성부재(300)를 상기 가상선(V)상에 배치하여 제2회전부재(200)의 회전방향에 상관없이 탄성부재(300)가 균일한 특성을 보이도록 하여 작동상 유리한 점이 있다.

한편, 도 2 및 6에는 본 발명의 일실시예에 따른 탄성부재(300)가 도시되어 있다. 도 2 및 6을 참고하면, 본 발명의 일실시예에서 상기 탄성부재(300)는 상기 제1회전부재(100)의 회전축(A)과 나란한 길이방향을 가지며, 상기 제1회전부재(100) 및 제2회전부재(200)에 각각 결합되는 제1스틱(310) 및 제2스틱(320) 및 상기 제1스틱(310) 및 제2스틱(320) 사이를 연결하는 탄성체(330)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 탄성부재(300)의 제1스틱(310) 및 제2스틱(320)은 각각 제1회전부재(100) 및 제2회전부재(200)에 결합된다. 제1스틱(310)은 제1회전부재(100)의 내부공간상에서 양단부가 각각 제1회전부재(100)의 내벽에 결합될 수 있고, 제2스틱(320)은 양단부 또는 전체가 제2회전부재(200)의 측벽에 결합될 수 있다.

제1스틱(310) 및 제2스틱(320)은 그 길이방향이 제1회전부재(100)의 회전축(A) 또는 제2회전부재(200)의 회전축(B)과 나란할 수 있다. 이에 따라, 제1스틱(310) 및 제2스틱(320)은 회전하는 제1회전부재(100) 및 제2회전부재(200)에 안정적으로 결합될 수 있다.

한편, 본 발명의 일실시예에서 상기 탄성체(330)는 복수로 마련되어 상기 제1스틱(310) 및 제2스틱(320)의 길이방향을 따라 이격 배치될 수 있다.

탄성체(330)는 외력(F)을 흡수 및 복원하는 역할 외에도 제2회전부재(200)가 제1회전부재(100)에 대해 회전하는 것을 구속하는 역할을 수행한다. 이에 따라, 본 발명의 일실시예에 따른 댐핑형 관절모듈이 사용되는 로봇 등의 작업 내용에 따라 제2회전부재(200)의 회전을 구속하는 힘의 조절이 필요할 수 있는데, 본 발명의 일실시예는 복수의 탄성체(330)를 구비하고, 상기 탄성체(330)의 개수를 조절할 수 있어 제2회전부재(200)에 제공되는 구속력 및 탄성력의 크기를 필요에 따라 조절하는 것이 가능하다.

또한, 상기 복수의 탄성체(330)는 제1회전부재(100)의 회전축(A)과 나란한 길이방향을 가지는 제1스틱(310) 및 제2스틱(320)에 체결되므로, 복수개로 구비됨에도 불구하고 제2회전부재(200)의 회전방향 및 회전각도에 대해 균일하고 안정적인 탄성 변형과 복원력 제공이 가능하다.

한편, 본 발명의 일실시예에 따른 댐핑형 관절모듈은 상기 제1스틱(310)은 상기 제1회전부재(100)의 회전축(A) 및 상기 제2회전부재(200)의 회전축(B) 사이를 이은 상기 가상선(V)을 따라 위치가 조절될 수 있다.

구체적으로, 본 발명의 일실시예는 제1스틱(310)의 위치를 조절함으로써 상기 탄성체(330)의 초기 탄성력을 조절할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 댐핑형 관절모듈은 작동상황이나 대상에 따라 제2회전부재(200)에 제공해야 하는 구속력 또는 탄성력이 달라질 수 있는데, 본 발명의 일실시예는 탄성체(330)가 결합되는 제1스틱(310)의 위치를 조절하여 상기 탄성체(330)의 탄성력을 조절하는 것이다.

한편, 본 발명의 일실시예에 따른 댐핑형 관절모듈에서 상기 제1스틱(310)은 양단부에 각각 상기 가상선(V)을 따라 연장된 슬라이딩돌기(312)가 마련되고, 상기 제1회전부재(100)는 상기 제1스틱(310)의 상기 양단부가 결합되는 각 부위에 상기 가상선(V)을 따라 연장되고 상기 슬라이딩돌기(312)가 삽입되는 슬라이딩홈(112)이 마련될 수 있다.

도 2에는 본 발명의 일실시예에 따라 슬라이딩돌기(312)가 형성된 제1스틱(310) 및 슬라이딩홈(112)이 형성된 제1회전부재(100)가 도시되어 있다. 본 발명의 일실시예에서 제1스틱(310)은 필요에 따라 상기 가상선(V)상에서 이동이 가능하도록 마련될 수 있는데, 제1스틱(310)의 슬라이딩돌기(312)가 제1회전부재(100)의 슬라이딩홈(112)에 삽입되어 슬라이딩 가능한 구조가 구현될 수 있다.

탄성부재(300)의 일부 구성인 제1스틱(310)은 제1회전부재(100)의 내부공간상에 배치될 수 있다. 또한, 제1스틱(310)은 양단부가 각각 마주하는 제1회전부재(100)의 내벽에 결합될 수 있다.

이 때, 제1스틱(310)의 양단부에 형성된 슬라이딩돌기(312)가 제1회전부재(100)의 내벽에 형성된 슬라이딩홈(112)에 삽입 결합됨으로써, 제1스틱(310)은 제1회전부재(100)에 슬라이딩 가능하도록 결합된 구조를 가질 수 있다.

슬라이딩돌기(312)의 형상을 다양할 수 있으며, 바람직하게는 상기 가상선(V)과 나란하게 연장된 형태일 수 있다. 또한, 슬라이딩홈(112)은 슬라이딩돌기(312)가 대응되는 형상으로 마련될 수 있고, 슬라이딩돌기(312)와 마찬가지로 상기 가상선(V)을 따라 연장된 형태일 수 있다.

한편, 도 6에는 본 발명의 일실시예에 따른 댐핑형 관절모듈의 단면이 도시되어 있으며, 제1스틱(310)의 위치를 조절하는 위치조절부(110)가 도시되어 있다. 참고적으로, 도 6에는 구동부(50) 내에 배치되는 모터 등이 생략되어 도시되어 있다.

본 발명의 일실시예는 상기 제1회전부재(100)에 마련되고, 상기 가상선(V)을 따라 연장되는 결합돌기가 상기 제1스틱(310)에 결합되어 상기 제1스틱(310)의 위치를 조절하는 위치조절부(110)를 더 포함할 수 있다.

위치조절부(110)는 결합돌기를 포함하며, 결합돌기는 상기 가상선(V)과 나란하게 연장되어 적어도 일부가 탄성부재(300)의 제1스틱(310)에 결합된 형태로 마련될 수 있다.

바람직하게는 위치조절부(110)의 결합돌기는 일측이 제1스틱(310)에 결합되고, 타측은 제1회전부재(100)에 결합될 수 있으며, 제1회전부재(100) 내부공간에서 결합돌기의 길이가 조절되거나 결합돌기와 제1스틱(310)간의 결합위치가 조절되어 제1스틱(310)의 위치를 조절하도록 마련될 수 있다.

예컨대, 결합돌기는 나사산을 가지는 볼트로 구비될 수 있고, 일단부가 제1스틱(310)에 나사 결합된 채로 제1회전부재(100)에 대한 타단부의 위치가 볼트의 조임 또는 풀림을 통해 이동시켜 제1스틱(310)의 위치를 조절할 수도 있고, 결합돌기의 일단부 및 타단부의 위치는 고정되고 결합돌기의 조임 또는 풀림으로 결합돌기상에서의 제1스틱(310) 위치를 조절할 수도 있다. 또한 도시되지 않았으나 추가 구동기를 설치하여 자동적으로 위치를 조절할 수 있도록 구성할 수 있다.

위치조절부(110)는 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 래크 및 피니언 타입의 구조 등 제1스틱(310)의 위치 조절을 위한 다양한 방식과 구조로 마련될 수 있다.

한편, 도 6에는 제2회전부재(200)의 회전량을 측정하기 위한 엔코더(400)가 도시되어 있다. 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예는 상기 제1회전부재(100)의 상기 내부공간에 설치되며, 상기 제1회전부재(100)에 대한 상기 제2회전부재(200)의 상대회전량을 측정하는 엔코더(400)를 더 포함할 수 있다.

본 발명은 제1회전부재(100)의 회전 뿐만 아니라 제2회전부재(200)의 회전을 포함하여 제1부재(10)에 대한 제2부재(20)의 회전량이 결정된다. 한편, 제1회전부재(100)는 구동부(50)의 제어를 통해 회전되지만 제2회전부재(200)는 외력(F)에 따라 회전하므로 상기 제2회전부재(200)의 회전량을 아는 것은 중요하다.

이에 따라, 본 발명의 일실시예는 제1회전부재(100)에 대한 제2회전부재(200)의 상대회전량을 측정하기 위한 엔코더(400)를 더 포함할 수 있다. 엔코더(400)를 통해 측정되는 제2회전부재(200)의 회전량은 현재의 제2부재(20) 회전각이나 외력(F) 등을 도출하는 데에 이용될 수 있어 본 발명의 일실시예에 따른 댐핑형 관절모듈의 활용에 유리하다.

엔코더(400)는 마그네틱 방식 등 다양한 종류로 마련될 수 있으며, 도 6에는 본 발명의 일실시예로서 엔코더선(410)을 가지는 비접촉식 마그네틱 엔코더(400)가 구비된 모습이 도시되어 있다.

한편, 도 6에 도시되 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 댐핑형 관절모듈에서 상기 제2회전부재(200)는 중공형으로 마련되고, 상기 엔코더(400)는 상기 제2회전부재(200)의 중공 내에 배치될 수 있다.

제2회전부재(200)는 제1회전부재(100)의 내부공간상에 배치되는 회전축 부위가 중공형으로 마련되고, 엔코더(400)는 제2회전부재(200)의 중공내에 배치되어 제2회전부재(200)의 상대회전량을 측정한다.

바람직하게는, 엔코더(400)는 제2회전부재(200)의 중공내에서 제1회전부재(100)의 내벽측에 설치될 수 있으며, 이에 따라 엔코더(400) 설치를 위해 제1회전부재(100)의 내부공간상에 별도의 공간을 확보할 필요없이 제2회전부재(200)의 회전량을 효과적으로 측정할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서 엔코더(400)는 댐핑형 관절모듈의 구동을 제어하는 제어부(450)와 연결될 수 있으며, 엔코더(400)는 상기 제어부(450)와 연결되기 위한 엔코더선(410)을 가질 수 있다.

엔코더선(410)은 제2회전부재(200)의 중공내에서 외부로 인출될 수 있으며, 바람직하게는 제2회전부재(200)의 중공내에서 인출되고, 제1회전부재(100)의 내벽을 따라 연장되어 제1회전부재(100)의 회전축(A) 및 구동부(50)의 구동축을 따라 연장됨으로써 제1부재(10)측에 위치된 제어부(450)와 연결될 수 있다.

제어부(450)는 제1부재(10)와 결합되는 구동부(50)에 구비될 수도 있고, 제1부재(10)와 연결된 또다른 구성상에 구비될 수도 있는 등 다양한 위치에 마련될 수 있다.

한편, 상기 제어부(450)는 상기 엔코더(400)로부터 상기 제2회전부재(200)의 상대회전량을 전달받아 상기 제2부재(20)에 작용하는 외력(F)을 산출할 수 있다.

구체적으로, 제어부(450)는 제1부재(10)에 대한 제2부재(20)의 회전요구량에 따라 상기 구동부(50)를 구동시켜 제1회전부재(100)를 회전시킨다. 제1회전부재(100)의 회전상태에서 발생되는 제2회전부재(200)의 회전량은 결국 현재 작용하는 외력(F)을 나타내는 것이고, 제어부(450)는 상기 외력(F)을 산출하여 현재 또는 이후의 구동부(50) 제어에 산출된 외력(F)을 고려할 수 있다.

예컨대, 제1회전부재(100)의 일정 회전각에서 제2회전부재(200)의 회전량이 발생 및 유지되는 경우, 제2회전부재(200)에는 지속적으로 외력(F)에 해당하는 하중이 존재하는 것이고, 상기 하중을 고려하여 제1회전부재(100)를 회전시키기 위한 구동부(50)의 토크를 결정하는 데에 활용할 수 있다. 상기 방식 외에도 제어부(450)가 외력(F)을 산출하여 이용하는 방식은 다양할 수 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

10 : 제1부재 20 : 제2부재
50 : 구동부 100 : 제1회전부재
110 : 위치조절부 112 : 슬라이딩홈
200 : 제2회전부재 220 : 결합부
300 : 탄성부재 310 : 제1스틱
312 : 슬라이딩돌기 320 : 제2스틱
330 : 탄성체 400 : 엔코더
410 : 엔코더선 450 : 제어부

Claims (13)

1. 제1부재 및 제2부재를 상호 연결하며, 구동부의 구동력으로 상기 제1부재에 대해 상기 제2부재를 회전시키는 관절모듈에 있어서,
   상기 제1부재와 연결되고, 상기 구동부의 구동력에 의해 회전되는 제1회전부재;
   상기 제1회전부재에 회전 가능하도록 결합되고, 상기 제1회전부재의 회전축과 나란한 회전축을 가지며, 상기 제2부재와 연결되는 제2회전부재; 및
   일측이 상기 제1회전부재에 결합되고, 타측이 상기 제2회전부재에 결합되며, 상기 제1회전부재에 대한 상기 제2회전부재의 상대회전에 의해 탄성 변형되는 탄성부재;를 포함하고,
   상기 탄성부재는,
   상기 제1회전부재의 회전축과 나란한 길이방향을 가지며, 상기 제1회전부재 및 제2회전부재에 각각 결합되는 제1스틱 및 제2스틱; 및
   상기 제1스틱 및 제2스틱 사이를 연결하는 탄성체;를 포함하는 댐핑형 관절모듈.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1회전부재는 내부공간을 가지며,
   상기 제2회전부재 및 탄성부재는 상기 내부공간에 설치되는 댐핑형 관절모듈.
3. 제2항에 있어서,
   상기 구동부는 상기 제1부재와 결합되고,
   상기 제1회전부재는 상기 구동부의 구동축에 결합되며,
   상기 제2회전부재의 회전축은 상기 구동축과 이격되는 댐핑형 관절모듈.
4. 제2항에 있어서,
   상기 제2회전부재는 상기 제2부재가 결합되는 결합부가 상기 제1회전부재의 외부로 노출되는 댐핑형 관절모듈.
5. 제2항에 있어서,
   상기 탄성부재는 탄성변형 전의 원형상태에서 상기 제1회전부재의 회전축 및 상기 제2회전부재의 회전축 사이를 이은 가상선상에 위치되는 댐핑형 관절모듈.
6. 삭제
7. 제5항에 있어서,
   상기 탄성체는 복수로 마련되어 상기 제1스틱 및 제2스틱의 길이방향을 따라 이격 배치되는 댐핑형 관절모듈.
8. 제5항에 있어서,
   상기 제1스틱은 상기 제1회전부재의 회전축 및 상기 제2회전부재의 회전축 사이를 이은 상기 가상선을 따라 위치가 조절되는 댐핑형 관절모듈.
9. 제8항에 있어서,
   상기 제1스틱은 양단부에 각각 상기 가상선을 따라 연장된 슬라이딩돌기가 마련되고,
   상기 제1회전부재는 상기 제1스틱의 상기 양단부가 결합되는 각 부위에 상기 가상선을 따라 연장되고 상기 슬라이딩돌기가 삽입되는 슬라이딩홈이 마련되는 댐핑형 관절모듈.
10. 제8항에 있어서,
    상기 제1회전부재에 마련되고, 상기 가상선을 따라 연장되는 결합돌기가 상기 제1스틱에 결합되어 상기 제1스틱의 위치를 조절하는 위치조절부;를 더 포함하는 댐핑형 관절모듈.
11. 제2항에 있어서,
    상기 제1회전부재에 대한 상기 제2회전부재의 상대회전량을 측정하는 엔코더;를 더 포함하는 댐핑형 관절모듈.
12. 제11항에 있어서,
    상기 제2회전부재는 중공형으로 마련되고,
    상기 엔코더는 상기 제2회전부재의 중공 내에 배치되는 댐핑형 관절모듈.
13. 제12항에 있어서,
    상기 엔코더로부터 상기 제2회전부재의 상대회전량을 전달받아 상기 제2부재에 작용하는 외력을 산출하는 제어부를 더 포함하는 댐핑형 관절모듈.

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