KR102216806B1 - 가변 강성 탄성체 및 이를 가지는 액츄에이터 모듈 - Google Patents

가변 강성 탄성체 및 이를 가지는 액츄에이터 모듈 Download PDF

Info

Publication number
KR102216806B1
KR102216806B1 KR1020190040006A KR20190040006A KR102216806B1 KR 102216806 B1 KR102216806 B1 KR 102216806B1 KR 1020190040006 A KR1020190040006 A KR 1020190040006A KR 20190040006 A KR20190040006 A KR 20190040006A KR 102216806 B1 KR102216806 B1 KR 102216806B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
elastic
torque
connection
radius
elastic portion
Prior art date
Application number
KR1020190040006A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20200117628A (ko
Inventor
장욱
남형철
김병수
Original Assignee
(주)로보티즈
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)로보티즈 filed Critical (주)로보티즈
Priority to KR1020190040006A priority Critical patent/KR102216806B1/ko
Priority to JP2021541201A priority patent/JP7164137B2/ja
Priority to US17/422,381 priority patent/US11745336B2/en
Priority to PCT/KR2019/004079 priority patent/WO2020204234A1/ko
Publication of KR20200117628A publication Critical patent/KR20200117628A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102216806B1 publication Critical patent/KR102216806B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/14—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/1407—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft involving springs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/06—Safety devices
    • B25J19/068—Actuating means with variable stiffness
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/0008—Balancing devices
    • B25J19/0016—Balancing devices using springs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/102—Gears specially adapted therefor, e.g. reduction gears
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/12—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements electric
    • B25J9/126—Rotary actuators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/10—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system
    • F16F15/12—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using elastic members or friction-damping members, e.g. between a rotating shaft and a gyratory mass mounted thereon
    • F16F15/121—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using elastic members or friction-damping members, e.g. between a rotating shaft and a gyratory mass mounted thereon using springs as elastic members, e.g. metallic springs
    • F16F15/1214—Folded springs, i.e. made of band-like material folded in an enclosing space
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/10—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system
    • F16F15/12—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using elastic members or friction-damping members, e.g. between a rotating shaft and a gyratory mass mounted thereon
    • F16F15/121—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using elastic members or friction-damping members, e.g. between a rotating shaft and a gyratory mass mounted thereon using springs as elastic members, e.g. metallic springs
    • F16F15/1215—Leaf springs, e.g. radially extending
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/10—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system
    • F16F15/12—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using elastic members or friction-damping members, e.g. between a rotating shaft and a gyratory mass mounted thereon
    • F16F15/121—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using elastic members or friction-damping members, e.g. between a rotating shaft and a gyratory mass mounted thereon using springs as elastic members, e.g. metallic springs
    • F16F15/1217—Motion-limiting means, e.g. means for locking the spring unit in pre-defined positions
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/14—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D3/00—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
    • F16D3/02—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive adapted to specific functions
    • F16D3/10—Couplings with means for varying the angular relationship of two coaxial shafts during motion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F2228/00—Functional characteristics, e.g. variability, frequency-dependence
    • F16F2228/06—Stiffness
    • F16F2228/066—Variable stiffness

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Power Steering Mechanism (AREA)

Abstract

본 발명의 일실시예는 직렬 탄성 액츄에이터 모듈에 사용되는 입력과 출력을 연결하는 탄성체로서, 가해진 토크에 따라 강성이 변경되는 가변 강성 탄성체를 제공한다. 가변 강성 탄성체는 입력측 또는 출력측으로부터 토크를 인가받는 접속부; 그리고 상기 입력측 및 출력측 중 상기 접속부와 다르게 선택된 하나에 연결되어 토크를 인가받는 스프링부로서, 상기 접속부와 일체로 형성되며, 가해지는 토크에 의한 변형으로 인해 상기 접속부와 상기 스프링부가 접촉됨에 따라 강성이 변경되는 스프링부;를 포함한다.

Description

가변 강성 탄성체 및 이를 가지는 액츄에이터 모듈{VARIABLE STIFFNESS ELASTIC BODY AND ACTUATOR MODULE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 가변 강성 탄성체 및 이를 가지는 액츄에이터 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 토크의 크기에 따라 강성이 변하는 가변 강성 탄성체를 가지는 액츄에이터 모듈에 관한 것이다.
최근 로봇은 산업용뿐만 아니라, 가정용 로봇, 휴머노이드 로봇에 이르기까지 사용 범위가 넓어지고 있으며, 그에 따라 로봇 기술은 급격하게 발전하고 있다. 특히 로봇 기술과 관련하여 로봇 관절의 동작을 위해 장착하는 액츄에이터(구동장치)는 로봇의 핵심적인 부품 중 하나이고 그 중 감속기가 액츄에이터의 주된 구성으로 사용되고 있으며, 대표적인 예로 유성기어식 감속기, 하모닉 감속기, 싸이클로이드 감속기 등이 있다.
입력과 출력 사이에 탄성부재가 개재된 액츄에이터는 일반적으로 SEA(Series Elastic Actuator)로 알려져 있으며, 이는 액츄에이터 내부에 탄성부재(예: 스프링)를 내장하여, 외부에서 작용하는 부하에 대해 탄성부재의 변형량을 통해 액츄에이터의 토크를 직접적으로 측정할 수 있는 장치를 말한다.
도 1은 종래의 직렬 탄성 액츄에이터의 일 예를 나타내는 도면들이다. 도 1을 참조하면, 외부의 부하(70)에 대해 탄성부재(50)의 변형량을 측정하기 위해서는 일반적으로 회전 변형량을 측정하는 엔코더(40,60)가 사용되며, 탄성부재(50)의 전후에 각각 엔코더(40,60)를 장착하여 탄성부재(50)의 전단 및 후단의 변형량의 차를 통해 탄성부재(50)의 변형량을 측정한다.
최근 산업 현장에서 협동 로봇에 대한 관심이 높아짐. 이의 협동 로봇이 작업자의 안전을 보장하기 위해서는 협동 로봇의 각 조인트를 구성하는 액츄에이터의 정밀한 토크제어(힘제어)가 필요하다. 정밀한 토크제어를 위해서는 액츄에이터의 구성요소 중에서 토크(힘)를 측정하는 요소의 높은 해상도가 요구된다.
입력토크의 해상도를 높이기 위해서는 스프링의 변위를 높은 정밀도로 측정해야 하는데 측정하고자 하는 스프링의 변위가 작을수록 고해상도의 센서가 필요하며 이는 비용상승의 문제로 실제 제품 적용에는 한계가 있다.
따라서 저해상도의 센서로도 정밀한 측정을 하는 방법이 필요하며 이를 위해서는 큰 변위를 갖는 낮은 강성의 스프링이 필요하다. 하지만 낮은 강성의 스프링은 높은 토크가 인가될 경우 영구변형이나 파손을 일으키기 쉽다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 저토크 영역에서의 변위량을 크게하여 저해상도의 센서로도 정밀측정이 가능하도록 하면서 고토크 영역에서도 측정은 물론 영구변형이나 파손되지 않도록 가변강성구조를 갖는 탄성체 및 이를 포함하는 액츄에이터 모듈에 관한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 직렬 탄성 액츄에이터 모듈에 사용되는 입력과 출력을 연결하는 탄성체로서, 가해진 토크에 따라 강성이 변경되는 가변 강성 탄성체를 제공한다. 가변 강성 탄성체는 입력측 또는 출력측으로부터 토크를 인가받는 접속부; 그리고 상기 입력측 및 출력측 중 상기 접속부와 다르게 선택된 하나에 연결되어 토크를 인가받는 스프링부로서, 상기 접속부와 일체로 형성되며, 가해지는 토크에 의한 변형으로 인해 상기 접속부와 상기 스프링부가 접촉됨에 따라 강성이 변경되는 스프링부;를 포함한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 스프링부는 입력측 또는 출력측과 연결되어 토크를 인가받는 중심체; 상기 중심체로부터 외측으로 연장된 연결부; 그리고 상기 연결부의 외측단으로부터 상기 중심체의 둘레를 따라 연장되되, 상기 중심체에 근접하고 멀어지는 것을 반복하도록 복수회 절곡되며, 상기 접속부가 일체로 연결된 변형부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 변형부는, 상기 접속부를 사이에 두고 상기 중심체와 대향하는 제1 원주부와, 상기 제1 원주부의 양단으로부터 각각 상기 중심체 측으로 연장된 제1 반경부를 가지는 제1 탄성부; 상기 연결부의 외측단으로부터 양측으로 상기 중심체와 대향하도록 연장되는 제2 원주부와, 상기 제2 원주부의 양단으로부터 각각 상기 중심체 측으로 연장되며, 상기 중심체에 인근에서 절곡되어 상기 제1 반경부와 연결되는 제2 반경부를 가지는 제2 탄성부;를 포함하며, 상기 접속부는 상기 제1 원주부로부터 연장되며, 상기 제1 탄성부 및 상기 제2 탄성부는 상기 중심체의 둘레를 따라 교번하여 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 접속부와 상기 제1 반경부가 이격된 상태에서는 상기 토크에 대한 상기 스프링부의 강성에 상기 제1 탄성부 및 상기 제2 탄성부가 함께 기여하고, 토크에 의해 변형되어 상기 접속부와 상기 제1 반경부가 접촉된 상태에서는 토크에 대한 상기 스프링부의 강성에 상기 제1 탄성부 및 상기 제2 탄성부 중에서는 상기 제2 탄성부만 기여할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 접속부는 상기 제1 원주부의 측면으로부터 상기 중심체측으로 돌출되며, 상기 접속부의 상기 중심체 측 단부에는 상기 입력측 또는 출력측과의 접속을 위한 체결홀이 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1 탄성부와 상기 제2 탄성부의 폭 및 형상을 조절하여 상기 제1 탄성부와 상기 제2 탄성부의 탄성계수가 조절되며, 상기 제1 탄성부와 상기 제2 탄성부의 탄성계수를 조절하여, 상기 접속부와 상기 제1 반경부가 접촉되는 토크가 설정될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 입력측 또는 출력측의 축방향에서 볼 때, 상기 제1 탄성부와 상기 제2 탄성부의 폭 및 형상을 조절하여 상기 제1 탄성부와 상기 제2 탄성부의 탄성계수가 조절되며, 상기 제1 탄성부의 상기 폭이 일정하거나, 점진적으로 변하는 형상을 가지고, 상기 제2 탄성부의 상기 폭이 일정하거나, 점진적으로 변하는 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 변형부는, 상기 제1 탄성부와 상기 제2 탄성부의 사이에 위치하는 제3 탄성부;를 더 포함하며, 상기 제3 탄성부는, 상기 제1 원주부와 상기 제2 원주부 사이에서 상기 중심체와 대향하는 제3 원주부; 그리고 상기 제3 원주부의 양단으로부터 각각 상기 중심체 측으로 연장되며, 상기 중심체에 인접하여 절곡되어 각각 상기 제1 반경부 및 상기 제2 반경부와 연결되는 제3 반경부;를 포함할 수 있다. 상기 접속부와 상기 제1 반경부가 이격된 상태에서는 상기 토크에 대한 상기 스프링부의 강성에 상기 제1 탄성부, 상기 제2 탄성부 및 상기 제3 탄성부가 함께 기여하고, 토크에 의해 변형되어 상기 접속부와 상기 제1 반경부가 접촉된 상태에서는 토크에 대한 상기 스프링부의 강성에 상기 제1 탄성부, 상기 제2 탄성부 및 상기 제3 탄성부 중에서는 상기 제2 탄성부 및 상기 제3 탄성부만 기여하고, 토크가 증가하여 상기 제3 반경부와 상기 제1 반경부가 연결되는 부분이 다른 제3 반경부와 상기 제2 반경부가 연결되는 부분과 접촉된 상태에서는, 토크에 대한 상기 스프링부의 강성에 상기 제1 탄성부, 상기 제2 탄성부 및 상기 제3 탄성부 중에서는 상기 제2 탄성부만 기여할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 실시예는 가변 강성 탄성체를 가지는 액츄에이터 모듈을 제공한다. 가변 강성 탄성체를 가지는 액츄에이터 모듈은 모터; 상기 모터에 연결된 기어모듈; 외부의 부하에 작용하는 출력부; 그리고 상기 기어모듈로부터의 동력을 상기 출력부로 전달하는 가변 강성 탄성체로서, 상기 기어모듈 또는 상기 출력부로부터 토크를 인가받는 접속부와, 상기 기어모듈 또는 상기 출력부 중 상기 접속부와 다르게 선택된 하나에 연결되어 토크를 인가받는 스프링부로서, 상기 접속부와 일체로 형성되며, 토크에 의한 변형으로 인해 상기 접속부와 상기 스프링부가 접촉됨에 따라 강성이 변경되는 가변 강성 탄성체; 그리고 상기 스프링부의 변형량을 감지하는 감지부;를 포함한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 스프링부는 입력측 또는 출력측과 연결되어 토크를 인가받는 중심체; 상기 중심체로부터 외측으로 연장된 연결부; 그리고 상기 연결부의 외측단으로부터 상기 중심체의 둘레를 따라 연장되되, 상기 중심체에 근접하고 멀어지는 것을 반복하도록 복수회 절곡되며, 상기 접속부가 일체로 연결된 변형부;를 포함할 수 있다. 상기 변형부는, 상기 접속부를 사이에 두고 상기 중심체와 대향하는 제1 원주부와, 상기 제1 원주부의 양단으로부터 각각 상기 중심체 측으로 연장된 제1 반경부를 가지는 제1 탄성부; 상기 연결부의 외측단으로부터 양측으로 상기 중심체와 대향하도록 연장되는 제2 원주부와, 상기 제2 원주부의 양단으로부터 각각 상기 중심체 측으로 연장되며, 상기 중심체에 인근에서 절곡되어 상기 제1 반경부와 연결되는 제2 반경부를 가지는 제2 탄성부;를 포함하며, 상기 접속부는 상기 제1 원주부로부터 연장되며, 상기 제1 탄성부 및 상기 제2 탄성부는 상기 중심체의 둘레를 따라 교번하여 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 스프링 자체의 형상 및 변형 특성을 고려하여 스프링의 자체 접촉에 의한 강성의 변화를 통해 저토크 영역의 해상도를 높이고 전체 토크 측정 영역을 증가시키는 가변 강성 탄성체 및 이를 가지는 액츄에이터 모듈을 제공할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 종래의 직렬 탄성 액츄에이터의 일 예를 나타내는 도면들이다.
도 2는 단순히 저강성 스프링과 고강성 스프링을 직렬연결한 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 강성 탄성체를 가지는 액츄에이터 모듈의 거동 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 강성 탄성체를 가지는 액츄에이터 모듈의 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 강성 탄성체를 가지는 액츄에이터 모듈의 가변 강성 탄성체의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 강성 탄성체를 가지는 액츄에이터 모듈의 가변 강성 탄성체의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 강성 탄성체를 가지는 액츄에이터 모듈의 가변 강성 탄성체의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 단순히 저강성 스프링과 고강성 스프링을 직렬연결한 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 직렬 탄성 액츄에이터(SEA)에서 입력측과 출력측을 연결하는 탄성체, 예를 들어, 판 형태의 스프링의 경우, 일정한 강성을 가진다.
동일한 성능의 엔코더를 사용하는 경우, 탄성체의 강성에 따라(도 2의 스프링 그림에서 첫번째 및 두번째 그림 참조) 엔코더가 감지할 수 있는 탄성체의 변형의 해상도, 즉 토크 해상도와 토크를 감지할 수 있는 범위(토크 커버리지)가 달라진다. 그러나, 하나의 탄성체의 강성은 일정하므로 토크 해상도 및 토크 커버리지는 상황에 따른 적응성이 없이 고정되게 된다.
한편, 도 2의 스프링 그림에서 세번째 스프링 그림을 참조하면, 직렬로 탄성체를 연결하여 전체 강성을 작게 함으로써 토크 해상도를 높일 수는 있으나, 이 경우 도 2의 하측 그래프에 나타난 바와 같이, 토크 커버리지는 증가하지 않는다.
또한, 단일한 탄성체의 강성을 작게 하여 해상도를 높이는 방법에는 한계가 있다. 즉, 탄성체의 강성이 감소함에 따라 변형량은 증가하지만 일정 변형량 이상이 되면 탄성체의 소성영역에 도달하여 영구 변형이 발생하고, 이는 탄성체(200), 즉 스프링의 파손(기능상실)을 의미한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 강성 탄성체(200)를 가지는 액츄에이터 모듈(100)의 거동 특성을 설명하기 위한 도면이다.
본 실시예에의 가변 강성 탄성체(200)를 가지는 액츄에이터 모듈(100; 도 4참조)은 작용하는 하중에 대한 탄성체(200)의 변형량(회전각)을 엔코더로 측정하여 토크로 환산하는 토크제어 방식을 적용한 직렬탄성구동모듈(series elastic actuator, SEA)에 적용될 수 있다.
본 실시예에의 가변 강성 탄성체(200)를 가지는 액츄에이터 모듈(100)에 의하면, 탄성체(200) 자체의 형상 및 변형(거동) 특성으로 인해, 탄성체(200)의 일부가 탄성체(200)의 다른 부분에 접촉, 즉 자체 접촉에 의해 강성이 변동되며, 이에 의해 저토크 영역의 해상도를 높이고 전체 토크 측정 영역(토크 커버리지)를 증가 또는 개선시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 강성 탄성체(200)를 가지는 액츄에이터 모듈(100)의 블록도이다.
가변 강성 탄성체(200)를 가지는 액츄에이터 모듈(100)(이하, 액츄에이터 모듈)은 모터(110), 모터(110)에 연결된 기어모듈(130), 외부의 부하에 작용하는 출력부(300), 가변 강성 탄성체(200) 및 감지부(150)를 포함할 수 있다.
모터(110)의 전단에 기어모듈(130)(예: 감속기어모듈)이 결합될 수 있다. 가변 강성 탄성체(200)는 기어모듈(130)의 인근에 구비되어, 기어모듈(130)로부터 동력을 전달받는다. 가변 강성 탄성체(200)는 대략 원판형의 탄성체일 수 있다(도 5참조).
가변 강성 탄성체(200)의 형상이나 구조는 다양하게 변형이 가능하다. 또한, 가변 강성 탄성체(200)는 금속재질로 형성될 수 있지만, 금속 이외의 재질(예: 고무나 플라스틱)로도 형성될 수 있다.
출력부(300)는 가변 강성 탄성체(200)의 후단, 출력단에 연결될 수 있고, 외부의 부하에 작용하거나 결합하여 동력을 전달할 수 있다.
감지부(150)(예: 엔코더)는 출력부(300)에 부하가 작용시 가변 강성 탄성체(200)의 변형량(deformation)을 감지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 강성 탄성체(200)를 가지는 액츄에이터 모듈(100)의 가변 강성 탄성체(200)의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
가변 강성 탄성체(200)는 기어모듈(130)(입력측)로부터의 동력을 출력부(300)(출력측)로 전달하며, 가해진 토크에 따라 강성이 변경될 수 있다.
가변 강성 탄성체(200)는 접속부(201) 및 스프링부(202)를 포함할 수 있다.
접속부(201)는 입력측 또는 출력측으로부터 토크를 인가받을 수 있다.
스프링부(202)는 입력측 및 출력측 중 접속부(201)와 다르게 선택된 하나에 연결되어 토크를 인가받을 수 있다. 스프링부(202)와 접속부(201)는 일체로 형성될 수 있다.
토크가 가해지면, 변형으로 인해 접속부(201)와 스프링부(202)가 접촉될 수 있다. 이로 인해 토크에 저항하는 가변 강성 탄성체(200)의 강성이 변경될 수 있다.
본 실시예에서는, 예를 들어, 스프링부(202)가 입력측에 연결되고, 접속부(201)가 출력측에 연결된 경우를 설명한다. 물론 이와 반대로 연결되는 경우도 가능하다.
도 5를 참조하면, 스프링부(202)는 입력측과 연결되어 토크를 인가받는 중심체(210), 중심체(210)로부터 반경방향으로 외측으로 연장된 연결부(215), 그리고 변형부(220)를 포함할 수 있다.
중심체(210)는 기어모듈(130)의 회전축에 연결될 수 있다. 중심체(210)는 원형의 고리 형상을 가질 수 있고, 기어모듈(130)과의 결합을 위한 중심체 체결홀(2101)이 중심체(210)에 형성될 수 있다.
변형부(220)는 연결부(215)의 외측단으로부터 중심체(210)의 둘레를 따라 원주방향으로 연장되되, 중심체(210)에 근접하고 멀어지는 것을 반복하도록 복수회 절곡된 형상을 가질 수 있다. 접속부(201)는 변형부(220)에 일체로 연결될 수 있다.
예를 들어, 변형부(220)는 제1 탄성부(230) 및 제2 탄성부(250)를 포함할 수 있다.
제1 탄성부(230)는 접속부(201)를 사이에 두고 중심체(210)와 대향하는 제1 원주부(231)와, 제1 원주부(231)의 양단으로부터 각각 중심체(210) 측으로 연장된 제1 반경부(235)를 포함할 수 있다.
제2 탄성부(250)는 연결부(215)의 외측단으로부터 양측으로 중심체(210)와 대향하도록 연장되는 제2 원주부(251)와, 제2 원주부(251)의 양단으로부터 각각 중심체(210) 측으로 연장되며, 중심체(210)에 인근에서 절곡되어 제1 반경부(235)와 연결되는 제2 반경부(255)를 포함할 수 있다.
제1 탄성부(230) 및 제2 탄성부(250)는 중심체(210)의 둘레를 따라 교번하여 형성될 수 있다,
접속부(201)는 제1 원주부(231)의 측면으로부터 중심체(210)측으로 돌출되며, 접속부(201)의 중심체(210) 측 단부에는 입력측 또는 출력측과의 접속을 위한 접속부 체결홀(2011)이 형성될 수 있다.
기어모듈(130)로부터 중심체(210)에 구동력이 전달되고, 접속부(201)에 출력측 부하가 가해지면, 토크가 중심체(210) 및 접속부(201)를 통해 변형부(220)에 전달될 수 있다. 이에 따라 변형부(220)가 변형될 수 있고, 전술한 바와 같이, 감지부(150)가 변형량을 감지하여 토크를 산출할 수 있다.
저토크 상태에서는 스프링부(202)가 변형되지만 접속부(201)와 제1 반경부(235)가 이격된 상태이다. 이러한 저토크 상태에서는 토크에 대한 스프링부(202)의 강성에 제1 탄성부(230) 및 제2 탄성부(250)가 함께 기여할 수 있다.
즉, 제1 탄성부(230)의 강성, 즉 탄성계수가 K1, 제2 탄성부(250)의 탄성계수가 K2일 때, 상기 저토크 상태에서 가변 강성 탄성체(200)의 강성 K는
1/K = 1/K1 + 1/K2의 식으로 결정될 수 있다. 즉, 제1 탄성부(230) 및 제2 탄성부(250)가 직렬연결된 것과 같다.
본 실시예에서는 입력측 또는 출력측의 축방향에서 볼 때, 제1 탄성부(230)와 제2 탄성부(250)의 두께가 동일하며, 동일한 탄성계수를 가질 수 있다.
따라서, 가변 강성 탄성체(200)의 강성 K는 1/K = 2/K1의 식으로 결정될 수 있다.
한편, 토크가 증가하여 변형이 증가하면, 즉 고토크 영역에서는 접속부(201)와 제1 반경부(235)가 접촉될 수 있다. 이 경우, 변형부(220)에 가해지는 토크는 제2 탄성부(250)가 감당하게 될 수 있다. 즉, 고토크 상태에서는 가변 강성 탄성체(200)의 강성에 제1 탄성부(230) 및 제2 탄성부(250) 중에서는 제2 탄성부(250)만 기여할 수 있다. 즉, 상기 고토크 상태에서 가변 강성 탄성체(200)의 강성 K는 K2와 같게 될 수 있다.
도 5에 제시된 예에서는, 입력측 또는 출력측의 축방향에서 볼 때, 제1 탄성부(230)와 제2 탄성부(250)의 폭(또는 두께) 및 형상이 서로 같아서, K1=K2일 수 있다.
따라서, 본 실시예의 가변 강성 탄성체(200)에 대해서는 도 3에 도시된 그래프에서 변형량-토크 관계는 series-self contact의 그래프를 따르게 된다.
즉, 저토크 영역(접촉전)에는 기울기가 크고, 고토크 영역(접촉후)에는 기울기가 작다. 즉 저토크 영역에서는 토크 해상도가 상대적으로 더 크게 된다. 또한, 고토크 영역에서도 감지가 가능하여 토크 커버리지가 증가하거나 개선될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 강성 탄성체(200)를 가지는 액츄에이터 모듈(100)의 가변 강성 탄성체(200)의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6에 제시된 가변 강성 탄성체(200)는 입력측 또는 출력측의 축방향에서 볼 때, 제1 탄성부(230)와 제2 탄성부(250)의 폭 또는 두께가 서로 다르다. 제1 탄성부(230)의 제1 반경부(235)의 폭 또는 두께가 제2 탄성부(250)의 제2 반경부(255)의 폭 또는 두께보다 작아서, 제1 탄성부(230)의 강성(K1)이 제2 탄성부(250)의 강성(K2)보다 작다.
접촉전에는 가변 강성 탄성체(200)의 강성 K는 전술한 바와 같이,
1/K = 1/K1 + 1/K2의 식으로 결정될 수 있다.
접촉후에는 가변 강성 탄성체(200)의 강성 K는 K2와 같게 될 수 있다.
물론, 본 실시예와 다르게, 입력측 또는 출력측의 축방향에서 볼 때, 제1 탄성부(230)의 제1 반경부(235)의 폭 또는 두께가 제2 탄성부(250)의 제2 반경부(255)의 폭 또는 두께보다 크게 하여, 제1 탄성부(230)의 강성(K1)이 제2 탄성부(250)의 강성(K2)보다 크게 할 수도 있다.
이와 같이, 제1 탄성부(230)와 제2 탄성부(250)의 폭 및 형상을 조절하여 제1 탄성부(230)와 제2 탄성부(250)의 탄성계수가 조절될 수 있고, 제1 탄성부(230)와 제2 탄성부(250)의 탄성계수를 조절하여, 접속부(201)와 제1 반경부(235)가 접촉되는 토크가 설정될 수 있다.
폭이나 형상의 조절에 있어서, 입력측 또는 출력측의 축방향에서 볼 때, 제1 탄성부(230)와 제2 탄성부(250)의 폭 및 형상을 조절하여 제1 탄성부(230)와 제2 탄성부(250)의 탄성계수가 조절되며, 제1 탄성부(230)의 폭이 일정하거나, 점진적으로 변하는 형상(예: 유선형 형상)을 가지도록 형성할 수 있으며, 제2 탄성부(250)의 폭이 일정하거나, 점진적으로 변하는 형상을 가지도록 형성할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 강성 탄성체(200)를 가지는 액츄에이터 모듈(100)의 가변 강성 탄성체(200)의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7에 제시된 가변 강성 탄성체(200)의 변형부(220)는 제1 탄성부(230)와 제2 탄성부(250)의 사이에 위치하는 제3 탄성부(270)를 더 포함할 수 있다. 제1 탄성부(230), 제3 탄성부(270) 및 제2 탄성부(250) 순서로 중심체(210) 둘레로 반복하여 배열될 수 있다.
제3 탄성부(270)는, 제1 원주부(231)와 제2 원주부(251) 사이에서 중심체(210)와 대향하는 제3 원주부(271), 그리고 제3 원주부(271)의 양단으로부터 각각 중심체(210) 측으로 연장되며, 중심체(210)에 인접하여 절곡되어 각각 제1 반경부(235) 및 제2 반경부(255)와 연결되는 제3 반경부(275)를 포함할 수 있다.
접속부(201)와 제1 반경부(235)가 이격된 상태, 즉 저토크 상태에서는 토크에 대한 스프링부(202)의 강성에 제1 탄성부(230), 제2 탄성부(250) 및 제3 탄성부(270)가 함께 기여할 수 있다.
제3 탄성부(270)의 탄성계수가 K3일 때, 저토크 상태에서 가변 강성 탄성체(200)의 강성 K는 1/K = 1/K1 + 1/K2 + 1/K3의 식으로 결정될 수 있다. 즉, 제1 탄성부(230), 제2 탄성부(250) 및 제3 탄성부(270)가 직렬연결된 것과 같다.
토크에 의해 변형되어 접속부(201)와 제1 반경부(235)가 접촉된 상태(C1)(1차 고토크 상태)에서는 토크에 대한 스프링부(202)의 강성에 제1 탄성부(230), 제2 탄성부(250) 및 제3 탄성부(270) 중에서는 제2 탄성부(250) 및 제3 탄성부(270)만 기여할 수 있다.
따라서, 1차 고토크 상태에서 가변 강성 탄성체(200)의 강성 K는
1/K = 1/K2 + 1/K3의 식으로 결정될 수 있다.
또한, 토크가 더욱 증가하여 변형이 더 증가하면(2차 고토크 상태), 제3 반경부(275)와 제1 반경부(235)가 연결되는 부분이 다른 제3 반경부(275)와 제2 반경부(255)가 연결되는 부분과 접촉(C2)될 수 있다. 이 경우, 토크에 대한 스프링부(202)의 강성에 제2 탄성부(250)만 기여할 수 있다.
따라서, 2차 고토크 상태에서 가변 강성 탄성체(200)의 강성 K는 K2와 동일하게 될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 저토크 영역에서 토크 해상도를 높이고, 전체적으로 토크 커버리지를 증가시키거나 개선할 수 있다.
따라서, 가변 강성 탄성 액츄에이터 모듈(100)이 설치된 현장에서, 가변 강성 탄성 액츄에이터 모듈(100)이 민감하게 반응하고 안전한 작동을 더욱 보장할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 액츄에이터 모듈
110 : 모터
130 : 기어모듈
150 : 감지부
170 : 제어부
200 : 탄성체
201 : 접속부
202 : 스프링부
210 : 중심체
215 : 연결부
220 : 변형부
230 : 제1 탄성부
231 : 제1 원주부
235 : 제1 반경부
250 : 제2 탄성부
251 : 제2 원주부
255 : 제2 반경부
270 : 제3 탄성부
271 : 제3 원주부
275 : 제3 반경부
2011 : 접속부 체결홀
2101 : 중심체 체결홀
300 : 출력부

Claims (10)

  1. 직렬 탄성 액츄에이터 모듈에 사용되는 입력과 출력을 연결하는 탄성체로서, 가해진 토크에 따라 강성이 변경되는 가변 강성 탄성체에 있어서,
    입력측 또는 출력측으로부터 토크를 인가받는 접속부; 그리고
    상기 입력측 및 출력측 중 상기 접속부와 다르게 선택된 하나에 연결되어 토크를 인가받는 스프링부로서, 상기 접속부와 일체로 형성되며, 가해지는 토크에 의한 변형으로 인해 상기 접속부와 상기 스프링부가 접촉됨에 따라 강성이 변경되는 스프링부;를 포함하며,
    상기 스프링부는,
    입력측 또는 출력측과 연결되어 토크를 인가받는 중심체;
    상기 중심체로부터 외측으로 연장된 연결부; 그리고
    상기 연결부의 외측단으로부터 상기 중심체의 둘레를 따라 연장되되, 상기 중심체에 근접하고 멀어지는 것을 반복하도록 복수회 절곡되며, 상기 접속부가 일체로 연결된 변형부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 강성 탄성체.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 변형부는,
    상기 중심체의 반경방향으로 이격되어 상기 중심체와 대향하는 제1 원주부와, 상기 제1 원주부의 양단으로부터 각각 상기 중심체 측으로 연장된 제1 반경부를 가지는 제1 탄성부;
    상기 연결부의 외측단으로부터 양측으로 상기 중심체와 대향하도록 연장되는 제2 원주부와, 상기 제2 원주부의 양단으로부터 각각 상기 중심체 측으로 연장되며, 상기 중심체에 인근에서 절곡되어 상기 제1 반경부와 연결되는 제2 반경부를 가지는 제2 탄성부;를 포함하며,
    상기 접속부는 상기 제1 원주부로부터 연장되며, 상기 제1 탄성부 및 상기 제2 탄성부는 상기 중심체의 둘레를 따라 교번하여 형성된 것을 특징으로 하는 가변 강성 탄성체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 접속부와 상기 제1 반경부가 이격된 상태에서는 상기 토크에 대한 상기 스프링부의 강성에 상기 제1 탄성부 및 상기 제2 탄성부가 함께 기여하고,
    토크에 의해 변형되어 상기 접속부와 상기 제1 반경부가 접촉된 상태에서는 토크에 대한 상기 스프링부의 강성에 상기 제1 탄성부 및 상기 제2 탄성부 중에서는 상기 제2 탄성부만 기여하는 것을 특징으로 하는 토크에 따라 강성이 변경되는 가변 강성 탄성체.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 접속부는 상기 제1 원주부의 측면으로부터 상기 중심체측으로 돌출되며, 상기 접속부의 상기 중심체측 단부에는 상기 입력측 또는 출력측과의 접속을 위한 체결홀이 형성된 것을 특징으로 하는 토크에 따라 강성이 변경되는 가변 강성 탄성체.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 탄성부와 상기 제2 탄성부의 폭 및 형상을 조절하여 상기 제1 탄성부와 상기 제2 탄성부의 탄성계수가 조절되며,
    상기 제1 탄성부와 상기 제2 탄성부의 탄성계수를 조절하여, 상기 접속부와 상기 제1 반경부가 접촉되는 토크가 설정되는 것을 특징으로 하는 토크에 따라 강성이 변경되는 가변 강성 탄성체.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 입력측 또는 출력측의 축방향에서 볼 때, 상기 제1 탄성부와 상기 제2 탄성부의 폭 및 형상을 조절하여 상기 제1 탄성부와 상기 제2 탄성부의 탄성계수가 조절되며,
    상기 제1 탄성부의 상기 폭이 일정하거나, 점진적으로 변하는 형상을 가지고,
    상기 제2 탄성부의 상기 폭이 일정하거나, 점진적으로 변하는 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 토크에 따라 강성이 변경되는 가변 강성 탄성체.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 변형부는,
    상기 제1 탄성부와 상기 제2 탄성부의 사이에 위치하는 제3 탄성부;를 더 포함하며,
    상기 제3 탄성부는,
    상기 제1 원주부와 상기 제2 원주부 사이에서 상기 중심체와 대향하는 제3 원주부; 그리고
    상기 제3 원주부의 양단으로부터 각각 상기 중심체 측으로 연장되며, 상기 중심체에 인접하여 절곡되어 각각 상기 제1 반경부 및 상기 제2 반경부와 연결되는 제3 반경부;를 포함하며,
    상기 접속부와 상기 제1 반경부가 이격된 상태에서는 상기 토크에 대한 상기 스프링부의 강성에 상기 제1 탄성부, 상기 제2 탄성부 및 상기 제3 탄성부가 함께 기여하고,
    토크에 의해 변형되어 상기 접속부와 상기 제1 반경부가 접촉된 상태에서는 토크에 대한 상기 스프링부의 강성에 상기 제1 탄성부, 상기 제2 탄성부 및 상기 제3 탄성부 중에서는 상기 제2 탄성부 및 상기 제3 탄성부만 기여하고,
    토크가 증가하여 상기 제3 반경부와 상기 제1 반경부가 연결되는 부분이 다른 제3 반경부와 상기 제2 반경부가 연결되는 부분과 접촉된 상태에서는,
    토크에 대한 상기 스프링부의 강성에 상기 제1 탄성부, 상기 제2 탄성부 및 상기 제3 탄성부 중에서는 상기 제2 탄성부만 기여하는 것을 특징으로 하는 토크에 따라 강성이 변경되는 가변 강성 탄성체.
  9. 가변 강성 탄성체를 가지는 액츄에이터 모듈에 있어서,
    모터;
    상기 모터에 연결된 기어모듈;
    외부의 부하에 작용하는 출력부; 그리고
    상기 기어모듈로부터의 동력을 상기 출력부로 전달하는 가변 강성 탄성체로서, 상기 기어모듈 또는 상기 출력부로부터 토크를 인가받는 접속부와, 상기 기어모듈 또는 상기 출력부 중 상기 접속부와 다르게 선택된 하나에 연결되어 토크를 인가받는 스프링부를 포함하며, 토크에 의한 변형으로 인해 상기 접속부와 상기 스프링부가 접촉됨에 따라 강성이 변경되는 가변 강성 탄성체; 그리고
    상기 스프링부의 변형량을 감지하는 감지부;를 포함하며,
    상기 스프링부는,
    입력측 또는 출력측과 연결되어 토크를 인가받는 중심체;
    상기 중심체로부터 외측으로 연장된 연결부; 그리고
    상기 연결부의 외측단으로부터 상기 중심체의 둘레를 따라 연장되되, 상기 중심체에 근접하고 멀어지는 것을 반복하도록 복수회 절곡되며, 상기 접속부가 일체로 연결된 변형부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 강성 탄성체를 가지는 액츄에이터 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 변형부는,
    상기 접속부를 사이에 두고 상기 중심체와 대향하는 제1 원주부와, 상기 제1 원주부의 양단으로부터 각각 상기 중심체 측으로 연장된 제1 반경부를 가지는 제1 탄성부;
    상기 연결부의 외측단으로부터 양측으로 상기 중심체와 대향하도록 연장되는 제2 원주부와, 상기 제2 원주부의 양단으로부터 각각 상기 중심체 측으로 연장되며, 상기 중심체에 인근에서 절곡되어 상기 제1 반경부와 연결되는 제2 반경부를 가지는 제2 탄성부;를 포함하며,
    상기 접속부는 상기 제1 원주부로부터 연장되며, 상기 제1 탄성부 및 상기 제2 탄성부는 상기 중심체의 둘레를 따라 교번하여 형성된 것을 특징으로 하는 가변 강성 탄성체를 가지는 액츄에이터 모듈.
KR1020190040006A 2019-04-05 2019-04-05 가변 강성 탄성체 및 이를 가지는 액츄에이터 모듈 KR102216806B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190040006A KR102216806B1 (ko) 2019-04-05 2019-04-05 가변 강성 탄성체 및 이를 가지는 액츄에이터 모듈
JP2021541201A JP7164137B2 (ja) 2019-04-05 2019-04-05 可変剛性弾性体及びこれを有するアクチュエーターモジュール
US17/422,381 US11745336B2 (en) 2019-04-05 2019-04-05 Elastic body having variable rigidity, and actuator module including same
PCT/KR2019/004079 WO2020204234A1 (ko) 2019-04-05 2019-04-05 가변 강성 탄성체 및 이를 가지는 액츄에이터 모듈

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190040006A KR102216806B1 (ko) 2019-04-05 2019-04-05 가변 강성 탄성체 및 이를 가지는 액츄에이터 모듈

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200117628A KR20200117628A (ko) 2020-10-14
KR102216806B1 true KR102216806B1 (ko) 2021-02-18

Family

ID=72666545

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190040006A KR102216806B1 (ko) 2019-04-05 2019-04-05 가변 강성 탄성체 및 이를 가지는 액츄에이터 모듈

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11745336B2 (ko)
JP (1) JP7164137B2 (ko)
KR (1) KR102216806B1 (ko)
WO (1) WO2020204234A1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6999586B2 (ja) * 2019-01-28 2022-01-18 日本電産コパル電子株式会社 弾性体とそれを用いた力覚センサ
US12000449B2 (en) * 2022-06-07 2024-06-04 METAseismic, Inc. Tri-adaptive apparatus for shock and vibration protection

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014059277A (ja) 2012-09-19 2014-04-03 Nikon Corp トルク検出装置及びパワーステアリング装置
WO2018124081A1 (ja) * 2016-12-27 2018-07-05 第一精工株式会社 トルクセンサ

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL268232A (ko) * 1961-08-15
AT272497B (de) * 1968-01-31 1969-07-10 Hoerbiger Ventilwerke Ag Federplatte für Mehrringventile
US3788099A (en) * 1971-06-30 1974-01-29 D Miller Flexible coupling
JPS58184527A (ja) * 1982-04-22 1983-10-28 Nippon Soken Inc トルク検出装置
US5533410A (en) 1993-12-03 1996-07-09 Westinghouse Electric Corporation Motor power measuring cell for motor operated valves
US5492313A (en) * 1994-06-20 1996-02-20 The Aerospace Corporation Tangential linear flexure bearing
JP4333381B2 (ja) 2004-01-29 2009-09-16 株式会社デンソー トルクセンサおよび電動パワーステアリング装置
USD554984S1 (en) * 2006-02-08 2007-11-13 Johan Stenberg Spring
US8176809B2 (en) * 2008-12-10 2012-05-15 GM Global Technology Operations LLC Planar torsion spring
US8089199B2 (en) * 2009-09-17 2012-01-03 Uchicago Argonne, Llc Mechanical design of laminar weak-link rotary mechanisms with ten-degree-level travel range and ten-nanoradian-level positioning resolution
US8876094B1 (en) * 2011-08-05 2014-11-04 Armorworks Enterprises LLC Multi-axis energy attenuating mount
CN102632508B (zh) * 2012-04-17 2015-04-29 浙江大学 一种适用于机器人关节的平面扭簧
US9285073B2 (en) * 2013-08-09 2016-03-15 Raytheon Company Non-rotating flexure bearings for cryocoolers and other devices
US20160102724A1 (en) 2014-10-09 2016-04-14 Rethink Motion Inc. Concentric Arc Spline Rotational Spring
JP6374765B2 (ja) * 2014-11-12 2018-08-15 本田技研工業株式会社 環状バネ、並びに、それを用いたトルク検出装置及びロボット関節機構
KR101785067B1 (ko) * 2015-09-25 2017-10-12 주식회사 토룩 직렬 탄성 액추에이터를 위한 아크형 압축 스프링 모듈
CN106641057B (zh) * 2016-11-28 2018-10-19 杭州电子科技大学 一种用于柔顺关节的双层平面扭簧
KR20180122301A (ko) * 2018-09-12 2018-11-12 주식회사 레인보우로보틱스 직렬 탄성 액추에이터 제어 방법 및 그를 이용한 시스템

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014059277A (ja) 2012-09-19 2014-04-03 Nikon Corp トルク検出装置及びパワーステアリング装置
WO2018124081A1 (ja) * 2016-12-27 2018-07-05 第一精工株式会社 トルクセンサ

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020204234A1 (ko) 2020-10-08
US20220118608A1 (en) 2022-04-21
JP2022517408A (ja) 2022-03-08
JP7164137B2 (ja) 2022-11-01
KR20200117628A (ko) 2020-10-14
US11745336B2 (en) 2023-09-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8384260B2 (en) Geared motor assembly
KR102216806B1 (ko) 가변 강성 탄성체 및 이를 가지는 액츄에이터 모듈
US11041557B2 (en) Speed reducer with electric motor
JP5044627B2 (ja) 平面ねじりばね
US10724604B2 (en) Speed reducing device
EP3797268B1 (en) Axial force sensor, robot gripper, and robot having the same
KR101940283B1 (ko) 축방향 회전식 토크 감지기
JP2020514080A (ja) 脚付きロボット用の一体化された過負荷保護を有する伝動装置
CN107671875B (zh) 柔性机器人关节上能测力矩的紧凑型金属橡胶弹性元件
US8569988B2 (en) Elastic rotary actuator, particularly for robotic applications, and method for controlling the same
JP6438386B2 (ja) 直列弾性アクチュエータのための湾曲要素および関連する方法
CN107989960B (zh) 用于柔性机器人关节的能测量力矩的金属橡胶弹性元件
KR20160083472A (ko) 로봇 동축 관절 유니트
US20190265116A1 (en) Torque detection device
JP2012242114A (ja) 捩れセンサおよび駆動関節機構
JP4024621B2 (ja) トルク計測装置
CN215618124U (zh) 扭力感测器及机器人的关节致动器
US20150192484A1 (en) Device for detecting the state of a machine element
WO2020008836A1 (ja) トルクセンサ
KR102377660B1 (ko) 토크 센서
CN110566614A (zh) 一种单向平面扭簧
JP7021835B2 (ja) トルクセンサ
RU2821609C1 (ru) Магнитная муфта
CN106313104A (zh) 一种可分离式串联弹性关节
EP3839295A1 (en) Sliding contact-type wave generator and strain wave gearing device

Legal Events

Date Code Title Description
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)