KR102340599B1 - 중앙단 회전방식 일체형 엑추에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모터와 감속부로 구동되는 일체형 엑추에이터에 있어서: 바디(20); 상기 바디(20)의 일측에서 프레임리스 모터(35)와 연결되는 입력단(30); 및 상기 바디(20)의 타측에서 감속부(33)를 개재하여 입력단(30)과 연결되고, 편측부(41)와 반경부(42)를 일체로 구비하는 출력단(40);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 특정의 감속기를 기반으로 엑추에이터 출력단이 편측에 치우치지 않도록 구조를 개선하여 소형ㆍ경량화된 수직 다관절 로봇 및 자동화 라인 등에 대한 적용성을 향상하는 효과가 있다.

Description

중앙단 회전방식 일체형 엑추에이터 {Integrated actuator with central drive structure}

본 발명은 로봇의 엑추에이터에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 특정의 감속기를 기반으로 하여 동력전달 계통의 출력단 구조를 개선하기 위한 중앙단 회전방식 일체형 엑추에이터에 관한 것이다.

각종 산업 현장에 투입되는 소형ㆍ경량형 수직 다관절 로봇 및 자동화 라인 등에 SHG 타입의 감속기를 탑재한 일체형 엑추에이터가 적용된다. 일체형 엑추에이터 이전의 로봇 엑추에이터 설계의 트렌드는 상용 프레임모터와 프레임모터 드라이브 등을 조합하여 엑추에이터를 구성하는 것이다. 엑추에이터를 구성하는 부품들이 모두 프레임을 가지고 있어 공간의 낭비와 무게상승의 요인으로 설계 결과물의 성능이나 기능이 상대적으로 낮았으나, 요소 부품 별로 프레임을 통합하고 일체형으로 조합함으로써 출력은 동일하면서 소형ㆍ경량화를 구현할 수 있다.

이와 관련하여 하기의 한국 공개특허공보 제2009-0078743호, 한국 등록특허공보 제1301261호 등의 선행기술문헌을 참고할 수 있다.

전자는 감속기의 출력플랜지(출력축)가 제1 부재에 고정되고, 감속기 케이싱이, 모터 케이싱을 통하여 제2 부재에 고정되며, 감속기의 입력축이, 편측 지지 상태에서 감속기 케이싱으로부터 돌출된 편측 지지 돌출부를 가지고, 이 편측 지지 돌출부에 편평모터의 로터가 고정된다. 이에, 관절부의 점유용적이 작고, 사람의 팔에 근사한 움직임을 구현하는 효과를 기대한다.

후자는 중공부를 갖는 스테이터; 스테이터의 외측에 배치되는 로터; 로터를 지지하는 외륜축, 외륜축에 결합되어 스테이터의 중공부의 내측에 위치하는 중공 형상의 내부축, 내부축에서 연장되어 외측에 감속기가 장착되도록 하는 중공 형상의 출력축을 갖는 중공 샤프트; 등으로 구성된다. 이에, 중공 구조에 주요 부품을 내장하고 관절의 결속력을 높이는 효과를 기대한다.

그러나, 상기한 선행문헌에 의하면 편측 지지에서 탈피하기 어렵기 때문에 소형ㆍ경량화 로봇에 적용하는 측면에서 여전히 개선의 여지를 지니고 있다.

한국 공개특허공보 제2009-0078743호 "로봇 관절구동장치" (공개일자 : 2009.07.20.) 한국 등록특허공보 제1301261호 "중공형 모터 및 그를 이용한 로봇 관절구조" (공개일자 : 2013.09.10.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 특정의 감속기를 기반으로 출력단의 구조를 개선하여 소형ㆍ경량화된 수직 다관절 로봇 및 자동화 라인 등에 적용할 수 있도록 하는 중앙단 회전방식 일체형 엑추에이터를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 모터와 감속부로 구동되는 일체형 엑추에이터에 있어서: 바디; 상기 바디의 일측에서 프레임리스 모터와 연결되는 입력단; 및 상기 바디의 타측에서 감속부를 개재하여 입력단과 연결되고, 편측부와 반경부를 일체로 구비하는 출력단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 입력단은 감속부 상에 하모닉드라이브 구조를 채용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 출력단의 반경부는 입력단의 일단과 타단 사이에 위치하도록 연장되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 반경부는 바디의 외주면과 4점지지 볼베어링을 개재하여 동심으로 대향되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 반경부는 일정한 원주상에 축방향으로 형성되는 다수의 결합공을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 특정의 감속기를 기반으로 엑추에이터 출력단이 편측에 치우치지 않도록 구조를 개선하여 소형ㆍ경량화된 수직 다관절 로봇 및 자동화 라인 등에 대한 적용성을 향상하는 효과가 있다.

도 1은 종래의 엑추에이터를 개략적 단면으로 나타내는 구성도
도 2는 본 발명에 따른 엑추에이터를 개략적 단면으로 나타내는 구성도
도 3은 본 발명에 따른 엑추에이터의 요부를 분해하여 나타내는 구성도
도 4는 본 발명에 따른 엑추에이터의 외관 상태를 나타내는 구성도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 모터와 감속부로 구동되는 일체형 엑추에이터에 관하여 제안한다. 본 발명은 도면을 통하여 로봇의 관절부에 탑재되는 엑추에이터를 예시하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 바디(20)는 모터하우징(22)을 포함하는 고정단으로서 경량ㆍ고강도의 마그네슘 합금을 사용하여 구성할 수 있다. 모터하우징(22)은 스테이터를 지지하는 부분으로 대략 중앙에 배치된다.

또한, 본 발명에 따르면 입력단(30)이 상기 바디(20)의 일측에서 프레임리스 모터(35)와 연결된다. 입력단(30)은 바디(20)의 중심에 중공형의 프레임리스 모터(35)를 사용하여 구성된다. 프레임리스 모터(35)는 모터하우징(22)의 내부에 회전 가능하게 수용된다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 입력단(30)은 감속부(33) 상에 하모닉드라이브 구조를 채용하는 것을 특징으로 한다. 감속부(33)의 하모닉드라이브는 삼익 HDS사의 FR시리즈 또는 FB시리즈를 적용하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 도 1은 종래의 감속부(13)로서 SHG시리즈를 예시하고, 도 2는 본 발명의 감속부(33)로서 FR시리즈를 예시한다.

한편, 입력단(30)은 감속부(33) 외에 구동부(31)와 제동부(32)를 포함하여 구성된다. 구동부(31)는 모터 드라이브, 엔코더 등으로 구성되고, 제동부(32)는 모터브레이크, 하우징 등으로 구성된다.

또한, 본 발명에 따르면 편측부(41)와 반경부(42)를 일체로 구비하는 출력단(40)이 상기 바디(20)의 타측에서 감속부(33)를 개재하여 입력단(30)과 연결된다. 출력단(40)은 모터하우징(22)과 유사한 형태로 형성되고 편측부(41)에서 감속부(33)의 단부에 축방향으로 결합되지만 반경방향으로 연장되는 반경부(42)를 통하여 동력을 전달한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 출력단(40)의 반경부(42)는 입력단(30)의 일단과 타단 사이에 위치하도록 연장되는 것을 특징으로 한다. 도 2에서 반경부(42)가 감속부(33)를 감싸도록 입력단(30)의 일단과 타단 사이의 중앙부(중앙단)에 배치된 상태를 예시한다. 도 1에서 종래의 바디(10), 입력단(11), 출력단(12)으로 구성되는 구성과 비교할 때, 도 2에서 중앙단에 출력단(40)의 반경부(42)를 배치하는 구성이 길이(전장) 축소에 유리하다.

도 2의 엑추에이터를 용접용 로봇(품명: CADDY / CADDY2 / INDY)에 적용한 결과 보다 소형 경량화한 설계가 가능한 것으로 나타난다. 도 1의 종래 로봇의 엑추에이터는 감속부(13)의 끝단(편측)에서 링크(도시 생략)에 기구적으로 연결되므로 한쪽으로 치우쳐져 무게 밸런스를 해쳤다. 하지만 본 발명의 일체형 엑추에이터를 활용하면 링크를 무게 중심부에 가깝게 배치할 수 있고, 링크의 형상을 중공 원통형으로 하여 무게는 줄이고 강성을 높이는 형태로 설계할 수 있다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 반경부(42)는 바디(10)의 외주면과 4점지지 볼베어링(45)을 개재하여 동심으로 대향되는 것을 특징으로 한다. 4점지지 볼베어링(45)은 스러스트와 레이디얼 하중을 동시에 감당하는 것으로서 감속부(33)에 배치되고 플랜지(25)를 개재하여 출력단(40)의 내측 공간에 수용된다. 이에, 로봇의 링크와 연결되는 반경부(42)에 작용하는 하중과 충격이 그 내면에 접촉된 4점지지 볼베어링(45)에서 흡수된다.

한편, 도 1에서 종래의 엑추에이터는 바디(10)의 내면과 출력단(12)의 외면 사이에 크로스롤러링(15)을 구비하므로 크로스롤러링(15)에서 주로 스러스트 하중을 감당한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 반경부(42)는 일정한 원주상에 축방향으로 형성되는 다수의 결합공(43)을 구비하는 것을 특징으로 한다. 결합공(43)은 반경부(42)의 단부에 체결공 형태로 형성되고 일부는 플랜지(25)의 결합에 일부는 링크의 결합에 활용될 수 있다.

로봇 적용의 일예로, 종래 일체형 엑추에이터를 이용하여 개발한 로봇은 5축 구성이면서 중량 15.5kg이나, 본 발명의 중앙단 회전 타입의 엑추에이터로 6축 로봇 구성 시 약 15kg으로 설계가 가능하다. 120w급의 엑추에이터 간의 중량 차이는 적으나 60w급 엑추에이터의 무게는 150g 가량 경량화되고, 중앙단 회전 타입의 링크 연결로 무게를 줄이면서 기구의 강성을 높일 수 있다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 바디 11: 입력단
12: 출력단 13: 감속부
15: 크로스롤러링 20: 바디
22: 모터하우징 25: 플랜지
30: 입력단 31: 구동부
32: 제동부 33: 감속부
35: 프레임리스 모터 40: 출력단
41: 편측부 42: 반경부
43: 결합공 45: 4점지지 볼베어링

Claims (5)

1. 모터와 감속부로 구동되는 일체형 엑추에이터에 있어서:
   바디(20);
   상기 바디(20)의 일측에서 프레임리스 모터(35)와 연결되는 입력단(30); 및
   상기 바디(20)의 타측에서 감속부(33)를 개재하여 입력단(30)과 연결되고, 편측부(41)와 반경부(42)를 일체로 구비하는 출력단(40);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 중앙단 회전방식 일체형 엑추에이터.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 입력단(30)은 감속부(33) 상에 하모닉드라이브 구조를 채용하는 것을 특징으로 하는 중앙단 회전방식 일체형 엑추에이터.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 출력단(40)의 반경부(42)는 입력단(30)의 일단과 타단 사이에 위치하도록 연장되는 것을 특징으로 하는 중앙단 회전방식 일체형 엑추에이터.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 반경부(42)는 바디(10)의 외주면과 4점지지 볼베어링(45)을 개재하여 동심으로 대향되는 것을 특징으로 하는 중앙단 회전방식 일체형 엑추에이터.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 반경부(42)는 일정한 원주상에 축방향으로 형성되는 다수의 결합공(43)을 구비하는 것을 특징으로 하는 중앙단 회전방식 일체형 엑추에이터.

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