KR102209898B1 - 자동 제동 액츄에이터 - Google Patents

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고려대학교 세종산학협력단
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    • F16D2125/18—Mechanical mechanisms

Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 자동 제동 액츄에이터는 메인축; 상기 메인축을 회전시키는 구동모터 및 상기 메인축의 회전 여부에 따라 상기 메인축을 상기 메인축의 길이방향으로 제1 위치에서 제2 위치로 함께 병진 이동하는 구동모터 지지부를 포함하는 구동모듈; 및 상기 메인축에 연동하여 회전하는 선기어, 상기 선기어의 외주면에 마련되되, 상기 메인축이 제1 위치인 경우 상기 선기어에 연동하여 회전하고 상기 메인축이 제2 위치인 경우 자동으로 제동되는 유성기어를 포함하는 출력모듈;을 포함하여 이루어질 수 있다.

Description

자동 제동 액츄에이터{Automatic Braking Actuator}
본 발명은 자동 제동 액츄에이터에 관련된 것으로 보다 구체적으로는, 메인축의 회전이 기어 트레인을 통하여 기계적인 방식으로 자동 제동되는 자동 제동 액츄에이터에 관련된 것이다.
로봇과 자동차등 모터는 다양한 산업의 전반에 걸쳐 사용되고 있으며 석탄 연료의 감소와 환경적 문제로 인하여 모터는 그 이용 범위가 확대 되고 있다. 모터를 사용하며 구동되는 로봇은 제조 산업은 물론 서비스용 로봇 및 많은 분야로 그 이용범위가 확대되어 가며 특히, 인간의 활동영역과 중첩되는 영역에서 로봇의 제동을 통한 안전이 중요시되고 있다.
기존의 모터를 이용한 제동은 내부 제어 시스템에서 제동하는 방법과 전기와 자기를 이용한 마그네틱 브레이크를 이용하였기 때문에 외부의 추가 전력과 제동용 전자기력 시스템이 필요하다는 점에서 단점이 있었다.
이에 따라 저렴한 비용으로 높은 효율을 내는 고효율의 제동 시스템은 모터를 이용하는 연구 및 산업계의 주요 과제라고 할 수 있다. 이에 본 발명인 기계적인 방식으로 안전하게 제동되는 액츄에이터를 발명하게 되었다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 기계적인 방식으로 안정적으로 자동 제동하는 자동 제동 액츄에이터를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 제동을 위한 별도의 동력원을 생략할 수 있는 자동 제동 액츄에이터를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 우수한 신뢰성을 가지는 자동 제동 액츄에이터를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 자동 제동 액츄에이터는 메인축; 상기 메인축을 회전시키는 구동모터 및 상기 메인축의 회전 여부에 따라 상기 메인축을 상기 메인축의 길이방향으로 제1 위치에서 제2 위치로 함께 병진 이동하는 구동모터 지지부를 포함하는 구동모듈; 및 상기 메인축에 연동하여 회전하는 선기어, 상기 선기어의 외주면에 마련되되, 상기 메인축이 제1 위치인 경우 상기 선기어에 연동하여 회전하고 상기 메인축이 제2 위치인 경우 자동으로 제동되는 유성기어를 포함하는 출력모듈;을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 메인축이 회전하는 경우, 상기 메인축은 제1 위치에 위치하고, 상기 메인축의 회전이 중단되는 경우, 상기 메인축은, 상기 제1 위치보다 상기 출력모듈과 가까운 제2 위치에 위치할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 구동모듈은 가이드 레일이 마련된 구동모듈 하우징;를 더 포함하고, 상기 구동모터 지지부는, 상기 구동모터가 결합되되, 상기 메인축이 회전하는 경우 상기 가이드 레일의 하사점 방향으로 상기 구동모터 지지부를 이동시키고, 상기 메인축의 회전이 정지하는 경우, 상기 가이드 레일의 상사점 방향으로 상기 구동모터 지지부를 이동시키는, 회전 베어링을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 구동모듈은, 고정판 및 상기 고정판과 멀어지는 방향으로 상기 구동모터 지지부에 복원력을 제공하는 탄성부재를 더 포함하고, 상기 구동모터 지지부는 상기 고정판과 대향하고 상기 탄성부재를 사이에 두고 마련되되, 상기 메인축이 회전하는 경우, 상기 고정판 방향으로 이동하고, 상기 메인축의 회전이 중단되는 경우, 상기 탄성부재의 복원력에 의하여 상기 고정판으로부터 멀어지는 방향으로 위치가 복원되는, 지지판을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 제동 플레이트가 마련된 제동모듈 하우징, 상기 제동모듈 하우징 내부에 마련되되, 상기 메인축이 상기 제1 위치에 위치하는 경우, 상기 제동 플레이트와 비 결속되고, 상기 메인축이 상기 제2 위치에 위치하는 경우, 상기 제동 플레이트와 결속하는 제동 기어로 이루어진 제동모듈;을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 유성기어와 상기 메인축과 동축을 이루는 제2 서브축 사이에서 회전력을 전달하는 회전 캐리어;를 더 포함하고, 상기 제2 서브축은 상기 제동모듈 하우징과 결합되고, 상기 메인축이 제1 위치인 경우, 상기 유성기어의 회전이 상기 회전 캐리어 및 상기 제2 서브축을 통하여 상기 제동모듈 하우징으로 전달되고, 상기 메인축이 제2 위치인 경우, 상기 제동 플레이트와 상기 제동 기어의 결속에 의하여 유발된 상기 제동모듈 하우징의 회전이 상기 제2 서브축 및 상기 회전 캐리어를 통하여 상기 유성기어에 전달되어, 상기 유성기어의 회전이 자동으로 제동될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제동모듈은, 상기 메인축에 상기 메인축의 길이방향으로는 고정되며, 상기 메인축과 연동하여 회전하는 제1 서브축 및 상기 메인축의 길이방향으로 상기 메인축에 마련된 감속 부재를 더 포함하고, 상기 메인축이 상기 제1 위치에서 상기 제2 위치로 이동하는 경우, 상기 제1 서브축이 상기 감속 부재를 활성화시킬 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 감속 부재는, 상기 제1 서브축에 의한 활성화를 복원시키는 탄성부재를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 메인축이 상기 제1 위치에서 상기 제2 위치로 이동하는 경우, 상기 제1 서브축이 상기 제동 기어를 상기 제동 플레이트 방향으로 밀어, 상기 제동 기어와 상기 제동 플레이트가 서로 결속될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 자동 제동 액츄에이터는 메인축; 상기 메인축을 회전시키는 구동모터 및 상기 메인축의 회전 여부에 따라 상기 메인축을 상기 메인축의 길이방향으로 제1 위치에서 제2 위치로 병진 이동시키는 구동모터 지지부를 포함하는 구동모듈; 상기 메인축의 위치가 상기 제1 위치에서 상기 제2 위치로 이동하는 경우, 상기 메인축과 같은 방향으로 회전하는 제동모듈 하우징을 가지는 제동모듈; 및 상기 메인축에 연동하여 회전하는 선기어 및 상기 선기어의 외주면에 마련되는 유성기어를 포함하고, 상기 메인축이 상기 제1 위치에서 회전 중, 상기 구동모터의 구동이 멈추는 경우, 상기 메인축이 상기 제2 위치로 이동함에 따라, 상기 제동모듈 하우징의 회전이 상기 유성기어로 전달되어, 상기 선기어에 대한 상기 유성기어의 회전이 자동으로 제동될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 자동 제동 액츄에이터는 기계적인 방식으로 안정적으로 자동으로 제동력을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 자동 제동 액츄에이터는 제동을 위한 별도의 동력원을 생략할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 자동 제동 액츄에이터는 우수한 신뢰성을 가질 수 있다.
본 발명이 효과는 상술한 효과에 제한되지 아니한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자동 제동 액츄에이터의 외부를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자동 제동 액츄에이터의 내부를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 출력모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제동모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자동 제동 액츄에이터의 제동방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 변형 예에 따른 자동 제동 액츄에이터를 설명하기 위한 도면이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 변형 예에 따른 제동모듈을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 형상 및 크기는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자동 제동 액츄에이터의 외부를 설명하기 위한 도면이고, 도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자동 제동 액츄에이터의 내부를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 출력모듈을 설명하기 위한 도면이고, 도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제동모듈을 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자동 제동 액츄에이터의 제동방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면 본 발명의 일 실시 예에 따른 자동 제동 액츄에이터(1)는 출력모듈(100), 제동모듈(200), 메인축(400) 및 구동모듈(600) 중 적어도 하나의 구성을 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 메인축(400)의 길이방향을 따라 출력모듈(100), 제동모듈(200) 및 구동모듈(600)이 순서대로 마련될 수 있다. 이하 각 구성에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.
설명의 편의를 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 자동 제동 액츄에이터(1)의 각 구성에 대하여 먼저 설명하고, 제동방법 시 각 구성의 동작에 대해서는 후술하기로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 자동 제동 액츄에이터(1)는 각 구성이 안착되는 프레임을 포함할 수 있으며, 프레임은 하부 프레임(10) 및 메인 프레임(20)으로 이루어질 수 있다. 참고로 도 1(b)는 도 1(a)에 도시된 자동 제동 액츄에이터(1)의 프레임을 제외한 구성을 도시한다.
상기 메인축(400)은 길이방향 예를 들어, Z 축 방향으로 연장할 수 있다.
상기 구동모듈(600)은 상기 메인축(400)을 상기 메인축(400)의 원주방향으로 회전시키는 회전력을 제공할 수 있다. 이를 위하여 상기 구동모듈(600)은 구동모터(610)을 포함할 수 있다.
상기 구동모듈(600)은 상기 구동모터(610)가 안착되는 구동모터 지지부(620)를 포함할 수 있다.
상기 구동모터 지지부(620)는 덮개판(622), 지지판(624), 상기 덮개판(622)과 상기 지지판(624) 사이를 Z축 방향으로 연결하는 연결 로드(626), 상기 연결 로드(626)의 일 측에 마련된 회전 베어링(628)을 포함할 수 있다. 상기 구동모터 지지부(620)의 내부 공간 예를 들어, 덮개판(622)와 지지판(624) 사이에는 구동모터(610)가 마련될 수 있다. 이때, 구동모터(610)는 회전 베어링(628)에 결합될 수 있다.
상기 구동모듈(600)은 상기 하부 프레임(10)과의 사이에 선형운동 보조 베어링, 고정판(630) 및 상기 지지판(624)과 상기 고정판(630) 사이에 마련되는 탄성부재(640)를 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 4 및 도 6을 참조하면, 상기 제동모듈(200)은 상부 플레이트(202), 외면부(204) 및 하부 플레이트(206)를 포함하는 제동모듈 하우징을 포함할 수 있다.
상기 제동모듈 하우징 내부에는, 메인축(400)이 메인축(400)의 길이방향으로 관통되도록 마련될 수 있다.
또한 상기 제동모듈 하우징 내부에는 상부 플레이트(202)의 일 측에 결합되는 제동 플레이트(232), 제동 플레이트(232)에 결속될 수 있는 제동 기어(230), 감속 부재 예를 들어, 클러치 세트(220), 상기 클러치 세트(220)의 길이방향으로 삽입되며 하부 플레이트(206)에 고정되는 마련되는 탄성부재(222)가 상기 메인축(400)의 길이방향으로 마련될 수 있다.
상기 메인축(400)의 일 측에는 제1 서브축(210)이 마련될 수 있다. 상기 제1 서브축(210)은 상기 메인축(400)과 결합되어 있기 때문에, 상기 메인축(400)이 상기 메인축(400)의 길이방향 즉 Z 축 방향으로 병진하는 경우, 상기 서브축(210)도 상기 메인축(400)과 연동하여 Z 축 방향으로 병진할 수 있다. 이에 따라 상기 제1 서브축(210)은 상기 클러치 세트(220)를 서로 접촉(즉, 활성화)시킬 수 있고, 상기 제동 기어(230)와 상기 제동 플레이트(232)를 서로 결속시킬 수 있다. 이를 위하여 상기 제1 서브축(210)은 도시된 바와 같이 상기 클러치 세트(220)를 Z 축 방향으로 밀수 있도록 상기 제1 서브축(210)의 반경방향으로 연장하는 제1 서브축 날개를 포함할 수 있다.
상기 탄성부재(222)는 상기 제1 서브축(210)에 의하여 서로 접촉된 클러치 세트(220)가 서로 이격된 제 자리에 위치하도록 복원 탄성력을 제공할 수 있다.
일 실시 예에 따르면 구동모듈(600)과 제동모듈(200) 사이에는 스러스트 베어링(280)이 마련될 수 있다.
상기 출력모듈(100)은 도 5에 도시된 바와 같이 선기어(120), 유성기어(110), 링기어(130)를 포함할 수 있다.
상기 선기어(120)는 상기 메인축(400)의 외주면에 결합될 수 있다. 이에 따라 상기 선기어(120)는 상기 메인축(400)의 회전에 연동하여 회전할 수 있다.
상기 선기어(120)의 반경방향으로는 상기 선기어(120)와 이격한 링기어(130)가 마련될 수 있다. 상기 링기어(130)는 회전하지 않도록 고정될 수 있다.
상기 선기어(120)와 상기 링기어(130) 사이에는 적어도 하나의 유성기어(110)가 마련될 수 있다. 상기 유성기어(110)의 일 측에는 출력부재(140, 도 8 참조)가 마련될 수 있다. 상기 출력부재(140)는 구동모터(610)의 구동력을 출력하는 구성에 해당할 수 있다. 상기 출력부재(140)는 상기 유성기어(110)의 회전에 연동하여 회전할 수 있다. 예를 들어, 상기 메인축(400)이 회전 운동하는 경우, 상기 유성기어(110)로 상기 메인축(400)의 회전이 전달되고, 이에 따라 상기 출력부재(140)가 회전할 수 있다. 이와 달리, 상기 메인축(400)이 제동하는 경우, 상기 유성기어(110)의 회전은 제동될 수 있다. 이에 따라 상기 출력부재(140)도 제동될 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 출력모듈(100)과 상기 제동모듈(200) 사이에는 회전 캐리어(180)가 마련될 수 있다. 상기 회전 캐리어(180)는 상기 메인축(400)이 회전이 중단되는 경우, 상기 제동모듈 하우징의 회전력을 상기 유성기어(110)에 전달할 수 있다. 이에 따라 상기 유성기어(110)의 회전이 제동될 수 있다. 이를 위하여 상기 회전 캐리어(180)는 상기 유성기어(110)와 연동하여 회전하는 구조를 가질 수 있다.
또한 상기 회전 캐리어(180)는 제2 서브축(190)과 연동하여 회전할 수 있다. 상기 제2 서브축(190)은 상기 메인축(400)의 외주면에 마련될 수 있다. 예를 들어, 상기 메인축(400)과 상기 제2 서브축(190)은 동축을 이루되, 상기 제2 서브축(190)이 상기 메인축(400)의 반경방향 외측에 위치할 수 있다. 상기 메인축(400)의 회전이 중단되는 경우, 상기 제동모듈 하우징에 회전력이 유발되고, 유발된 회전력은 제2 서브축(190), 회전 캐리어(180)를 통하여 유성기어(110)로 전될 수 있다.
이상 본 발명의 일 실시 예에 따른 자동 제동 액츄에이터(1)를 설명하였다. 이하에서는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자동 제동 액츄에이터(1)의 제동 동작에 대하여 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 자동 제동 액츄에이터(1)의 동작은 메인축(400)이 회전 운동하는 회전 모드와 메인축(400)의 회전이 중단되는 제동 모드로 나누어질 수 있다.
상기 메인축(400)이 회전 운동하는 회전 모드의 경우, 상기 메인축(400)은 제1 위치에 위치할 수 있다. 이와 달리 상기 메인축(400)의 회전이 중단된 제동 모드의 경우, 상기 메인축(400)은 제2 위치에 위치할 수 있다.
다른 관점에서 상기 메인축(400)은 상기 메인축(400)을 중심으로 회전 할 뿐 아니라, 상기 메인축(400)의 길이방향으로 선형 운동 즉 병진 운동 할 수 있다.
상기 메인축(400)이 제1 위치에 위치하는 경우, 상기 메인축(400)은 하부 프레임(10) 방향에 위치하고(도 8(a)의 화살표 방향), 이와 달리 상기 메인축(400)이 제2 위치에 위치하는 경우, 상기 메인축(400)은 하부 프레임(10)과 반대방향인 출력모듈(100) 방향(도 8(b)의 화살표 방향)으로 위치하게 된다.
이는, 메인축(400)의 회전 운동 시에는 메인축(400)의 회전력이 출력부재(140)를 통하여 제공됨을 의미하고, 메인축(400)의 회전 중단 시에는 메인축(400)이 제1 위치에서 제2 위치로 자동으로 이동하고, 상기 메인축(400)이 제2 위치에 위치함에 따라 상기 출력부재(140)의 회전이 자동으로 중단될 수 있음을 의미한다.
이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 자동 제동 액츄에이터(1)가 어떻게 자동 제동하는지에 대하여 구체적으로 설명한다. 이를 위하여 메인축(400)이 회전하는 회전 운동 모드 시에 대하여 먼저 설명하기로 한다.
상기 구동모터(610)가 메인축(400)을 회전력을 제공함에 따라 메인축(400)이 회전할 수 있다. 이 경우, 도 3 및 도 8(a)에 도시된 바와 같이, 상기 구동모터(610) 및 상기 구동모터(610)를 지지하는 구동모터 지지부(620)이 -Z 축 방향으로 병진 이동하게 된다.
상기 구동모터(610)가 상기 메인축(400)을 회전시키는 경우, 상기 구동모터 지지부(620)의 회전 베어링(628)이 구동모듈 하우징의 일 면에 마련된 가이드 레일을 따라 - Z 축 방향으로 이동할 수 있다. 즉, 회전 베어링(628)은 상기 가이드 레일의 하사점에 위치할 수 있다. 이 때, 상기 구동모터 지지부(620)가 -Z 축 방향으로 이동함에 따라, 상기 탄성부재(640)은 압축될 수 있다.
이로써, 상기 메인축(400)은 회전 운동 시에 제1 위치 즉, 하부 프레임(10) 방향으로 이동할 수 있다.
상기 메인축(400)이 제1 위치에 위치하는 경우, 도 7(a)에 도시된 바와 같이, 상기 클러치 세트(220) 간의 간격은 유지될 수 있다. 즉, 상기 클러치 세트(220) 간의 마찰은 발생하지 않을 수 있다. 또한, 상기 제동 기어(230)와 상기 제동 플레이트(232) 간의 소정 간격은 유지될 수 있다. 이는 상기 메인축(400)의 회전력이 상기 제동모듈 하우징에는 직접적으로 전달되지 않음을 의미한다.
다시 도 8(a)를 참조하면, 상기 메인축(400)의 회전 운동은 상기 출력모듈(100)의 선기어(120)에 제공될 수 있다. 이에 따라 상기 선기어(120)는 상기 메인축(400)과 같은 방향으로 회전할 수 있다. 상기 선기어(120)가 회전함에 따라 상기 선기어(120)에 맞물린 유성기어(110)가 회전할 수 있다. 이에 따라 상기 유성기어(110)에 결합된 출력부재(140)도 회전할 수 있다.
한편, 상기 유성기어(110)에 연동하는 회전 캐리어(180)에도 회전이 유발되고, 유발된 회전력에 의하여 상기 제2 서브축(190)과 상기 제동모듈 하우징이 회전할 수 있다.
이상, 메인축(400)이 회전하는 회전 운동 모드 시의 각 구성의 동작에 대하여 설명하였다. 이하 메인축(400)의 회전 중, 구동모터(610)의 중단에 의한 자동 제동에 대하여 설명하기로 한다.
상기 메인축(400)의 회전 중, 구동모터(610)가 중단되는 경우, 도 2 및 도 8(b)에 도시된 바와 같이, 상기 메인축(400)은 제1 위치에서 제2 위치로 이동할 수 있다. 즉, 상기 메인축(400)은 + Z 축 방향으로 병진 이동할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 구동모터(610)의 회전이 멈추는 경우, 상기 구동모터 지지부(620)를 -Z 축 방향으로 이동시키는 힘이 중단되게 된다. 이 경우, 상기 탄성부재(640)의 복원력에 의하여 상기 회전 베어링(628)이 상기 가이드 레일의 상사점 방향으로 이동하게 된다. 이에 따라 상기 메인축(400)은 제1 위치에서 제2 위치로 이동할 수 있다. 상기 메인축(400)이 제2 위치로 이동하는 경우, 상기 구동모터 지지부(620)도 +Z 축 방향으로 이동함은 물론이다.
상기 메인축(400)이 제2 위치 즉 +Z 축 방향으로 이동함에 따라 도 7(b)에 도시된 바와 같이, 상기 제1 서브축(210)도 +Z 축 방향으로 이동하게 된다. 이에 따라 상기 제1 서브축(210)이 클러치 세트(220)를 Z 축 방향으로 가압할 수 있다.
또한 상기 클러치 세트(220)의 +Z 축 방향에 마련된 제동 기어(230)는 제동 플레이트(232)에 결속될 수 있다. 이 때, 클러치 세트(220) 사이의 탄성부재(220)가 마련됨에 따라 상기 제동 기어(230)가 상기 제동 플레이트(232)에 안정적으로 결속될 수 있다.
상기 제동 기어(230)가 상기 제동 플레이트(232)에 결속됨에 따라 상기 메인축(400)의 회전력이 상기 제동모듈 하우징에 직접적으로 전달될 수 있다. 즉, 상기 상부 플레이트(202), 외면부(204) 및 하부 플레이트(206)를 포함하는 제동모듈 하우징도 상기 메인축(400)에 연동하여 회전할 수 있다.
다시 도 8(b)를 참조하면, 상기 제동모듈 하우징의 회전력은 상기 제2 서브축(190) 및 회전 캐리어(180)를 거쳐 상기 유성기어(110)에 전달될 수 있다. 즉, 상기 유성기어(110)는 상기 제동모듈 하우징의 회전력을 제공받을 수 있는 것이다.
이 경우, 상기 메인축(400)에 연동된 선기어(120)의 회전방향과 상기 제동모듈 하우징에 연동된 유성기어(110)의 회전방향은 서로 마주보는 방향 즉, 반대방향이 된다. 이에 따라 상기 유성기어(110)의 회전은 상기 선기어(120)에 의하여 구속되기 때문에 자동적으로 제동력이 발생하게 된다. 상기 유성기어(110)의 회전이 멈추기 때문에 상기 유성기어(110)에 연동된 출력부재(140)의 회전도 제동되는 것은 물론이다.
제동 이후에 구동모터(610)에 의한 회전이 재 개시되는 경우, 다시 메인축(400)이 제1 방향으로 선형 이동하면서, 출력 부재(140)의 회전이 재 가동될 수 있다.
이상 설명한 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 회전 모드 및 제동 모드 간의 모드 변환에 있어서, 기계적인 메커니즘에 의하여 자동적이면서 안정적인 제동력이 확보될 수 있다.
이하 도 9 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 일 실시 예의 변형 예를 설명하기로 한다.
도 9는 본 발명의 변형 예에 따른 자동 제동 액츄에이터를 설명하기 위한 도면이고, 도 10 및 도 11은 본 발명의 변형 예에 따른 제동모듈을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 변형 예는, 상술한 일 실시 예의 제동모듈(200) 대신에 제1 제동모듈(300)과 제2 제동모듈(350)을 포함한다는 점에서 차이가 있다. 설명의 편의를 위하여 앞서 설명한 일 실시 예와 중복되는 구성에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 변형 예에 따른 자동 제동 액츄에이터(1')는 상기 메인축(400)의 길이방향으로, 구동모듈(600), 제2 제동모듈(350), 제1 제동모듈(300), 회전 캐리어(180) 및 출력모듈(100)을 포함할 수 있다.
도 10을 참조하면, 상기 제2 제동모듈(350)은 상부 플레이트(302), 외면부(304) 및 하부 플레이트(306)을 가지는 제2 제동모듈 하우징, 상기 제2 제동모듈 하우징(302) 내부에 마련된 클러치 세트(320), 상기 클러치 세트(320)와 상기 제동모듈 하우징(302) 내측에 마련된 탄성부재(322), 제1 서브축(330) 중 적어도 하나의 구성을 포함하여 이루어질 수 있다.
도 9(a) 및 도 11(a)을 참조하면, 메인축(400)이 회전 운동 모드인 경우, 상기 메인축(400)은 제1 위치 즉 -Z 축 방향으로 선형 이동할 수 있다. 이에 따라 상기 메인축(400)에 결합된 제1 서브축(330)도 -Z 축 방향으로 선형 이동할 수 있다. 따라서, 상기 클러치 세트(320) 간의 간격은 유지될 수 있다.
이와 달리, 도 9(b) 및 도 11(b)를 참조하면, 메인축(400)이 제동 모드인 경우, 상기 메인축(400)은 제2 위치 즉, +Z 축 방향으로 선형 이동할 수 있다. 이에 따라 상기 메인축(400)에 결합된 제1 서브축(330)도 +Z 축 방향으로 선형 이동할 수 있다. 따라서, 상기 클러치 세트(320)는 상기 상부 플레이트(302) 방향으로 밀려질 수 있다. 이때, 탄성부재(322)는 상기 클러치 세트(320)가 갑작스레 상기 상부 플레이트(302)에 접촉하는 것을 최소화할 수 있다. 상기 클러치 세트(320)가 상기 상부 플레이트(320)에 접촉하게 되면, 상기 메인축(400)의 회전력은 상기 제2 제동모듈 하우징을 회전시키는 데 사용되게 된다. 이에 따라 상기 메인축(400)의 회전이 감속될 수 있다.
한편, 상기 제1 제동모듈(300)은 상부 플레이트(352), 외면부(354), 하부 플레이트(356)으로 이루어진 제1 제동모듈 하우징과 상기 제1 제동모듈 하우징 내부에 마련된 제동 기어(360), 제동 플레이트를 포함할 수 있다. 상기 제1 제동모듈(300) 각 구성의 기능에 대해서는 앞서 설명한 바와 동일하므로 구체적인 설명을 생략하기로 한다.
또한 도 9에 도시된 바와 같이, 변형 예의 탄성부재(642)는 일 실시 예와 달리 단일로 마련될 수 있다.
이상 설명한 본 발명의 실시 예들에 따르면 기어트레인-클러치 메커니즘과 한 개의 구동모터를 사용하여 자동으로 작동하는 작동하는 자동 제동 액츄에이터를 제공할 수 있다. 구동모터에 동력이 전달되면 메인축이 회전 뿐 아니라 축방향 선형운동함으로써, 클러치-기어 트레인 시스템의 결속이 해제되므로 액츄에이터의 출력부재에 구동모터의 동력이 전달될 수 있다. 이와 달리 구동모터의 동작이 의도에 따라 중단되거나 의도치 않게 중단되는 경우라 하더라도 선형 탄성부재의 복원력에 의하여, 클러치-기어 트레인의 결속이 발생하여 출력부재의 동작이 자동적으로 제동될 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
1, 1': 자동 제동 액츄에이터
200: 제동모듈
300: 제1 제동모듈
350: 제2 제동모듈
400: 메인축
600: 구동모듈

Claims (10)

  1. 메인축;
    상기 메인축을 회전시키는 구동모터 및 상기 메인축의 회전 여부에 따라 상기 메인축을 상기 메인축의 길이방향으로 제1 위치에서 제2 위치로 함께 병진 이동하는 구동모터 지지부를 포함하는 구동모듈; 및
    상기 메인축에 연동하여 회전하는 선기어, 상기 선기어의 외주면에 마련되되, 상기 메인축이 제1 위치인 경우 상기 선기어에 연동하여 회전하고 상기 메인축이 제2 위치인 경우 자동으로 제동되는 유성기어를 포함하는 출력모듈;을 포함하는 자동 제동 액츄에이터.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 메인축이 회전하는 경우, 상기 메인축은 제1 위치에 위치하고, 상기 메인축의 회전이 중단되는 경우, 상기 메인축은, 상기 제1 위치보다 상기 출력모듈과 가까운 제2 위치에 위치하는 자동 제동 액츄에이터.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 구동모듈은 가이드 레일이 마련된 구동모듈 하우징;를 더 포함하고,
    상기 구동모터 지지부는, 상기 구동모터가 결합되되, 상기 메인축이 회전하는 경우 상기 가이드 레일의 하사점 방향으로 상기 구동모터 지지부를 이동시키고, 상기 메인축의 회전이 정지하는 경우, 상기 가이드 레일의 상사점 방향으로 상기 구동모터 지지부를 이동시키는, 회전 베어링을 포함하는 자동 제동 액츄에이터.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 구동모듈은, 고정판 및 상기 고정판과 멀어지는 방향으로 상기 구동모터 지지부에 복원력을 제공하는 탄성부재를 더 포함하고,
    상기 구동모터 지지부는 상기 고정판과 대향하고 상기 탄성부재를 사이에 두고 마련되되, 상기 메인축이 회전하는 경우, 상기 고정판 방향으로 이동하고, 상기 메인축의 회전이 중단되는 경우, 상기 탄성부재의 복원력에 의하여 상기 고정판으로부터 멀어지는 방향으로 위치가 복원되는, 지지판을 더 포함하는 자동 제동 액츄에이터.
  5. 제1 항에 있어서,
    제동 플레이트가 마련된 제동모듈 하우징, 상기 제동모듈 하우징 내부에 마련되되, 상기 메인축이 상기 제1 위치에 위치하는 경우, 상기 제동 플레이트와 비 결속되고, 상기 메인축이 상기 제2 위치에 위치하는 경우, 상기 제동 플레이트와 결속하는 제동 기어로 이루어진 제동모듈;을 더 포함하는 자동 제동 액츄에이터.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 유성기어와 상기 메인축과 동축을 이루는 제2 서브축 사이에서 회전력을 전달하는 회전 캐리어;를 더 포함하고,
    상기 제2 서브축은 상기 제동모듈 하우징과 결합되고,
    상기 메인축이 제1 위치인 경우, 상기 유성기어의 회전이 상기 회전 캐리어 및 상기 제2 서브축을 통하여 상기 제동모듈 하우징으로 전달되고,
    상기 메인축이 제2 위치인 경우, 상기 제동 플레이트와 상기 제동 기어의 결속에 의하여 유발된 상기 제동모듈 하우징의 회전이 상기 제2 서브축 및 상기 회전 캐리어를 통하여 상기 유성기어에 전달되어, 상기 유성기어의 회전이 자동으로 제동되는, 자동 제동 액츄에이터.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 제동모듈은,
    상기 메인축에 상기 메인축의 길이방향으로는 고정되며, 상기 메인축과 연동하여 회전하는 제1 서브축 및 상기 메인축의 길이방향으로 상기 메인축에 마련된 감속 부재를 더 포함하고,
    상기 메인축이 상기 제1 위치에서 상기 제2 위치로 이동하는 경우, 상기 제1 서브축이 상기 감속 부재를 활성화시키는, 자동 제동 액츄에이터.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 감속 부재는, 상기 제1 서브축에 의한 활성화를 복원시키는 탄성부재를 포함하는, 자동 제동 액츄에이터.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 메인축이 상기 제1 위치에서 상기 제2 위치로 이동하는 경우, 상기 제1 서브축이 상기 제동 기어를 상기 제동 플레이트 방향으로 밀어, 상기 제동 기어와 상기 제동 플레이트가 서로 결속되는, 자동 제동 액츄에이터.
  10. 메인축;
    상기 메인축을 회전시키는 구동모터 및 상기 메인축의 회전 여부에 따라 상기 메인축을 상기 메인축의 길이방향으로 제1 위치에서 제2 위치로 병진 이동시키는 구동모터 지지부를 포함하는 구동모듈;
    상기 메인축의 위치가 상기 제1 위치에서 상기 제2 위치로 이동하는 경우, 상기 메인축과 같은 방향으로 회전하는 제동모듈 하우징을 가지는 제동모듈; 및
    상기 메인축에 연동하여 회전하는 선기어 및 상기 선기어의 외주면에 마련되는 유성기어를 포함하고, 상기 메인축이 상기 제1 위치에서 회전 중, 상기 구동모터의 구동이 멈추는 경우, 상기 메인축이 상기 제2 위치로 이동함에 따라, 상기 제동모듈 하우징의 회전이 상기 유성기어로 전달되어, 상기 선기어에 대한 상기 유성기어의 회전이 자동으로 제동되는, 자동 제동 액츄에이터.
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