KR102346469B1

KR102346469B1 - 물리 치료용 액추에이터

Info

Publication number: KR102346469B1
Application number: KR1020217029729A
Authority: KR
Inventors: 로힛 존 바게스; 영목 윤; 윌리엄 우
Original assignee: 하모닉 바이오닉스
Priority date: 2019-02-20
Filing date: 2020-02-20
Publication date: 2021-12-31
Also published as: KR20210118234A; US20200352811A1; EP3927496A4; EP3927496A1; US20240082096A1; US20220031550A1; WO2020172403A1; US11819467B2; US11147731B2

Abstract

실시예는 링크 장치를 부가의 링크 장치에 결합하는 관절; 및 적어도 하나의 케이블을 포함하고; 관절은 샤프트를 갖는 모터, 원형 스플라인에 결합된 가요성 부재를 갖는 변형파 기어, 도관, 및 베어링을 포함하고; 모터는 샤프트를 제1 방향으로 회전시키도록 구성되고 변형파 기어는 회전 가능 부재를 회전시키도록 구성되며, 회전 가능 부재는 가요성 부재 또는 원형 스플라인 중 하나를 포함하고; 도관은 회전 가능 부재의 회전에 응답하여 회전하도록 구성되고; 적어도 하나의 케이블은 베어링 및 부가의 링크 장치 내로 모두 통과하지만 변형파 기어 또는 모터 중 어느 것도 통과하지 않는, 로봇 시스템을 포함한다.

Description

물리 치료용 액추에이터

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2019년 2월 20일 출원되고, 발명의 명칭이 "필요시-보조 물리 치료용 토크 감지 액추에이터(Torque sensing actuator for assist-as-needed physical therapy)"인 미국 가특허 출원 제62/808,116호의 우선권을 주장하며, 그 내용은 여기에 참조로서 합체되어 있다.

기술분야

본 발명의 실시예는 물리 치료, 특히 로봇 치료의 분야에 있다.

미국 특허 제10,463,560호에 언급된 바와 같이, 외골격은 외골격으로부터 기계적 동력의 직접 전달이 발생하는 이러한 방식으로 사람에 의해 착용되는 메카트로닉스 시스템(mechatronic systems)이다. 이들 로봇 메커니즘은 예를 들어, 원격 조작(telemanipulation), 인간 증폭(man-amplification), 재활(rehabilitation)과 같은 다양한 설정에, 그리고 손상된 인간 운동 제어(human motor control)를 보조하기 위해 적용되어 왔다. 그러나, 외골격 디바이스의 다수의 이들 용례는 아직 광범위한 사용, 수용, 또는 실용성을 발견하지 못했다.

이들 디바이스가 제안되어 왔던 일 예시적인 영역은 뇌졸중의 치료이다. 뇌졸중은 매년 수천명의 미국인에게 영향을 미치며, 회복 과정은 길고, 어렵고, 비용이 많이 든다. 로봇 외골격의 사용은 이 회복 과정의 길이, 난이도 및 비용을 잠재적으로 감소시킬 수도 있다. 상체를 위한 로봇 외골격을 제공하기 위한 다양한 노력이 제안되어 왔다.

본 발명의 실시예의 특징 및 장점은 첨부된 청구범위, 하나 이상의 예시적인 실시예의 이하의 상세한 설명, 및 대응 도면으로부터 명백해질 것이다. 적절하다고 고려되는 경우, 대응 또는 유사한 요소를 나타내기 위해 참조 부호가 도면 사이에 반복되어 있다.
도 1은 실시예에서 액추에이터의 사시도를 제공하고 있다.
도 2는 실시예에서 액추에이터의 조립도를 제공하고 있다.
도 3은 실시예에서 액추에이터의 단면도를 제공하고 있다.
도 4는 실시예에서 커플러 또는 도관의 평면도, 사시도, 단면도, 및 다른 단면도를 제공하고 있다.
도 5는 실시예에서 센서를 수용하고 전기 배선/케이블링을 전달하기 위한 도관의 사시도를 제공하고 있다.
도 6a는 실시예에서 액추에이터의 조립도를 제공하고 있다. 도 6b는 도 6a의 실시예의 사시도를 제공하고 있다. 도 6c는 도 6a의 실시예의 평면도 및 단면도를 제공하고 있다.
도 7은 실시예에서 액추에이터의 사시도를 제공하고 있다.
도 8은 도 7의 실시예의 조립도를 제공하고 있다.
도 9는 모터 및 기어 드라이브에 초점을 맞춘 도 7의 실시예의 하위 부분의 조립도(뿐만 아니라 사시도 및 측면도)를 제공하고 있다.
도 10은 액추에이터의 출력 토크를 측정하는 선형 힘 센서에 초점을 맞춘 도 7의 실시예의 하위 부분의 조립도(뿐만 아니라 사시도)를 제공하고 있다.
도 11은 회전 샤프트(여기서 샤프트는 모터를 포함하는 접근 불가능한 단부를 가짐) 내부의 와이어 라우팅에 초점을 맞춘 도 7의 실시예의 하위 부분의 조립도(뿐만 아니라 사시도)를 제공하고 있다. 도 11은 또한 와이어 채널로서 기능하는 도관의 사시도를 제공하고 있다.
도 12a는 선형 스프링 스택을 사용하여 생성된 순응성 굴곡 관절에 초점을 맞춘 도 7의 실시예의 하위 부분의 조립도(뿐만 아니라 사시도)를 제공하고 있다. 도 12b는 도 12a의 실시예의 하위 구성요소의 측면도 및 단면도이다.
도 13은 회전 샤프트(여기서 샤프트는 모터를 포함하는 접근 불가능한 단부를 가짐) 내부의 와이어 라우팅을 촉진하는 채널을 갖는 도관(및 채널 내의 다른 도관)에 초점을 맞춘 도 7의 실시예의 하위 부분의 측면도 및 2개의 단면도를 제공하고 있다.
도 14는 회전 샤프트 내부의 와이어 라우팅을 촉진하는 채널을 갖는 도관 및 액추에이터의 출력 토크를 측정하는 선형 힘 센서에 초점을 맞춘 도 7의 실시예의 하위 부분의 측면도 및 정면도를 제공하고 있다.
도 15는 응력 인가 상태에서 비대칭성 회전 샤프트에 대한 치수 정확도를 촉진하기 위한 수단에 초점을 맞춘 도 7의 실시예의 하위 부분의 단면도를 제공하고 있다.
도 16은 응력 인가 상태에서 비대칭성 회전 샤프트에 대한 치수 정확도를 촉진하기 위한 수단에 초점을 맞춘 도 15의 실시예의 측면도 및 정면도를 제공하고 있다. 도 16은 또한 도 15의 실시예의 부분의 정면도를 제공하고 있다.
도 17은 변형파 감속기(strain wave reducer)에 일체형인 순응력(compliant force) 감지 요소를 포함하는 액추에이터의 사시도를 포함한다.
도 18은 순응력 감지 요소의 실시예의 측면도 및 단면도를 제공하고 있다.
도 19는 도 18의 순응력 감지 요소의 측면도, 사시도 및 평면도를 제공하고 있다. 도 19는 도 18의 순응력 감지 요소에 대한 배선 개략도를 또한 제공하고 있다.
도 20은 실시예에서 방법을 제공하고 있다.

이제 유사한 구조가 유사한 접미사 참조 기호를 구비할 수도 있는 도면을 참조할 것이다. 다양한 실시예의 구조를 더 명확하게 나타내기 위해, 여기에 포함된 도면은 구조의 도식적인 표현이다. 따라서, 예를 들어 사진에서 제조된 구조의 실제 외관은 예시된 실시예의 청구된 구조를 여전히 포함하면서 상이하게 나타날 수도 있다(예를 들어, 벽은 실제 제조된 디바이스에서 서로 정확히 직교하지 않을 수도 있음). 더욱이, 도면은 예시된 실시예를 이해하는 데 유용한 구조만을 도시하고 있을 수도 있다. 관련 기술분야에 공지된 부가의 구조는 도면의 명확성을 유지하기 위해 포함되지 않았을 수도 있다. 예를 들어, 디바이스의 모든 층이 반드시 도시되어 있는 것은 아니다. "실시예", "다양한 실시예" 등은 그와 같이 설명된 실시예(들)가 특정 특징, 구조 또는 특성을 포함할 수도 있지만, 모든 실시예가 특정 특징, 구조 또는 특성을 반드시 포함하는 것은 아니라는 것을 나타낸다. 몇몇 실시예는 다른 실시예에 대해 설명된 특징 중 일부, 모두를 가질 수도 있거나, 또는 전혀 갖지 않을 수도 있다. "제1", "제2", "제3" 등은 공통 대상체를 설명하고 유사한 대상체의 상이한 사례가 언급되고 있다는 것을 나타낸다. 이러한 형용사는 그와 같이 설명된 대상체가 시간적으로, 공간적으로, 순위에서 또는 임의의 다른 방식으로 주어진 순서가 되어야 하는 것을 암시하지는 않는다. "연결"은 요소가 서로 직접 물리적 또는 전기적으로 접촉하고 있는 것을 나타낼 수도 있고, "결합"은 요소가 서로 협력하거나 상호 작용하고 있지만 이들 요소가 직접 물리적 또는 전기적 접촉할 수도 있거나 아닐 수도 있는 것을 나타낼 수도 있다. "A 또는 B 중 적어도 하나를 포함"과 같은 구문은 A, B 또는 A와 B를 갖는 상황을 포함한다.

본 출원인은 신경계 및 신경근 장애의 재활을 위한 물리 치료가 그 현재의 수동 기술에 있어서 다수의 단점을 갖는다고 결정했다. 로봇 치료 디바이스는 유리한 개선을 제공할 잠재성을 갖지만, 이들이 효과적인 치료를 제공하기 위해 사용할 수 있는 알고리즘에 의해 제한된다. 다수의 유용한 알고리즘은 또한 로봇 디바이스의 액추에이터에 대한 부가의 감지 능력을 필요로 한다. 본 명세서에 설명된 실시예는 이들 문제를 다룬다.

실시예는 필요시-보조(assist-as-needed) 물리 치료를 위한 토크 감지 액추에이터를 포함한다. 실시예는 재활 치료를 위한 요구 알고리즘을 전달하기 위해 기존의 연구 방법보다 더 적절한 액추에이터 기술의 클래스의 디자인을 다룬다.

실시예는 개별화된 환자 진료에 초점을 맞추고 환자 가정에서 재활 디바이스의 사용을 잠재적으로 가능하게 하는 로봇 재활 치료를 위한 디바이스 및 방법을 다룬다. 실시예는 로봇 재활 치료에 사용을 위한 코드를 통해 구현되는 알고리즘 및/또는 방법을 다룬다. 실시예는 로봇 물리 치료에 사용되는 알고리즘의 필수 부분인 능동 토크 측정이 가능한 스마트 액추에이터를 다룬다.

실시예는 수동 물리 치료(임상 환경에서 대부분의 환자에게 시행되는 현재 표준임)를 개선한다. 실시예는 개별 환자의 경과에 대한 능동적 감지 및 맞춤화(customization)를 허용하고 또한 시간 경과에 따른 환자의 회복의 평가를 허용한다.

실시예는 로봇 액추에이터가 다른 물체와 상호 작용하는 토크 감지 액추에이터를 다룬다. 이러한 상황에서, 로봇 액추에이터는 로봇 액추에이터가 물체에 얼마나 많은 힘을 부여하는지를 인지하는 것이 종종 유용하다. 전형적인 로봇 액추에이터는 단지 액추에이터의 위치만을 고려하고, 따라서 액추에이터가 움직일 때 우발적으로 큰 힘을 물체 상에 인가할 수 있다. 토크 감지 액추에이터는 액추에이터가 위치에 추가하여 상호 작용의 힘을 고려하게 하고 따라서 액추에이터가 움직일 때 사고를 방지하게 한다. 게다가, 토크 센서는 조작자에게 피드백을 제공하고 부가의 데이터가 수집되게 할 수 있다.

본 출원인은 관련 기술분야의 기존의 디바이스가 임상 및 가정 재활 환경에서 강인하고 효과적이게 되는 적절한 액추에이터 디자인이 결여되어 있고 효과적인 신경계 또는 신경근 재활을 위해 요구되는 알고리즘을 사용하지 않는다고 결정했다.

전술된 바와 같이, 본 출원인은 신경계 및 신경근 장애의 재활을 위한 물리 치료가 그 현재의 수동 기술에 있어서 다수의 단점을 갖는다고 결정했다. 로봇 치료 디바이스는 유리한 개선을 제공할 잠재성을 갖지만, 이들이 효과적인 치료를 제공하기 위해 사용할 수 있는 알고리즘에 의해 제한된다. 다수의 유용한 알고리즘은 또한 로봇 디바이스의 액추에이터에 대한 부가의 감지 능력을 필요로 한다.

시판중인 다른 디바이스는 대부분 물리 치료사에 의해 설정된 고정 저항으로 작동하는 수동 시스템이다. 보조 알고리즘을 채용하는 몇몇 연구 기반 로봇 디바이스가 존재하고는 있지만, 이들은 이 목적으로 상이한 종류의 액추에이터를 사용하고 이는 가능하게는 이들 디바이스를 임상 재활 환경에 부적합하게 한다.

대조적으로, 실시예는 재활 치료를 위한 요구 알고리즘을 전달하기 위해 기존의 연구 방법보다 더 적절한 액추에이터 기술의 클래스의 디자인을 다룬다.

실시예는 도 1 내지 도 6c에서 다루어진다. 인코더 하우징(1)은 절대 각도 감지 쌍의 능동 요소(15) 및 수동 요소(16)를 보유한다. 인코더 정렬 베어링(12)은 정확한 판독을 위해 절대 각도 센서의 하위 구성요소 사이의 정렬을 보장한다. 인코더 요소(16)는 각도 측정을 위해 사용되는 절대 인코더(15)의 수동 하위 구성요소이다. 인코더 장착부(3)는 외부 고정자측으로부터 액추에이터의 중공 보어(51) 내로 배선(5)을 라우팅하기 위해 보호 채널(50)을 제공하는 이중 목적 구성요소이다. 장착부(3)는 절대 각도 측정부가 장착될 수 있는 기준 데이텀(reference datum)을 또한 제공한다. 인코더 로킹 플레이트(4)는 하우징에 부착되는 요소(3)에 절대 각도 센서를 장착하기 위한 인클로저(enclosure)를 제공한다.

강성 출력 커플러(6)는 장착부(3)가 제자리에 위치되는 것을 가능하게 하면서 출력부(예를 들어, 베어링(11)에 결합되는 액추에이터 아암)를 통한 토크의 전달을 허용하기 위한 기계적 강성을 제공한다.

고정자 장착부(7)는 인라인 부하 센서를 통해 측정될 수 있는 액추에이터 힘에 대한 단일 부하 경로를 가능하게 한다. 토크 센서 스프링 장착부(8)는 기계적 부하 경로를 제공하고, 토크 센서 장착 브래킷(9)은 기계적 부하 경로를 제공하며, 토크 센서 장착 플랜지(10)(토크 센서(17)용)는 기계적 부하 경로를 제공한다. 요소(11)는 메인 베어링이다.

도 6a 내지 도 6c의 실시예에서, 하우징(20)은 시스템을 지지하고 접지하기 위한 베이스 구조체를 제공한다. 출력 칼라(21)는 출력 샤프트를 기어식 모터의 샤프트에 고정하거나 대안적으로 연속 동작을 위해 기어 또는 벨트 드라이브를 고정한다. 출력 아암(22)은 인간 접촉점에 대한 링크 장치(linkage)이다. 출력 핸들(23)은 물리적 인간 로봇 상호 작용 인터페이스를 제공한다. 메인 베어링(24)은 출력 샤프트를 지지하고 고정자 장착부(25)는 인라인 부하 센서를 통해 측정될 수 있는 액추에이터 힘에 대한 단일 부하 경로를 가능하게 한다. 부하 센서(26)는 감지 요소이다. 토크 센서 장착 브래킷(27)은 기계적 부하 경로이다. 요소(28)는 기계적 작동을 위한 모터-기어박스-인코더 유닛이다.

도 1 내지 도 5로 복귀하면, 강성 출력 커플러(6)는 모터(14), 감속기(13) 또는 중공 샤프트가 될 인코더를 필요로 하지 않고 액추에이터를 통한 토크의 전달을 가능하게 한다. 구성요소(3)는 배선(5)에 대한 보호 및 라우팅 뿐만 아니라 절대 인코더(15)용 회전 고정 장착부를 제공한다. 구성요소(7)는 단일 축방향 경로를 통한 전체 부하의 통과를 가능하게 하고 토크 값을 캡처하기 위해 인라인 응력 측정 센서(17)의 사용을 가능하게 한다.

유사하게, 도 6a 내지 도 6c에 도시되어 있는 변형예에서, 고정자 장착부(25)는 인가된 토크에 대한 전체 반작용력에 대한 단일 부하 경로를 허용하고, 이는 이어서 토크 값을 캡처하기 위해 빔 굴곡 로드셀(26)을 통해 채널링될 수 있다.

실시예에서, 액추에이터는 액추에이터의 중공-보어 출력 샤프트(예를 들어, 요소(51) 참조)에 대한 측방향 접근에 의해 기능하고, 따라서 중공 출력 샤프트를 통한 와이어 채널링의 이익을 여전히 얻으면서 소형 모터 및 감속기의 사용을 가능하게 한다. 강성 출력 커플러(6)는 인코더 장착부와 와이어 가이더(guider)(3)가 접근을 얻게 하기 위해 180도 초과에 걸친 측방향 접근을 여전히 제공하면서 완전히 강성의 구속된 조립을 가능하게 한다. 이는 또한 인라인 절대 각도 측정부의 배치를 위한 고정 데이텀을 가능하게 한다. 부하 측정을 위한 단일 지점 축외 위치(7)는 토크 측정을 위한 단일 부하 경로를 제공한다.

물리 치료를 위한 필요시-보조 패러다임에서, 인가된 부하의 정확한 감지가 중요하다. 액추에이터의 실시예는 폐루프 토크 제어를 위해 요구되는 감지 및 작동을 제공한다. 치료 알고리즘과 부하 측정 센서는 사용자의 움직임을 검출하고 그/그녀의 움직임을 보조한다. 알고리즘은 원하는 움직임 궤적으로 사용자의 움직임을 조절하는 힘 필드를 발생한다. 힘 필드는 사용자 신체의 공간 정보로 결정된다.

본질적으로, 실시예는 이에 한정되는 것은 아니지만 물리 치료 애플리케이션을 포함하여, 물리적 인간 로봇 상호 작용을 수반하는 애플리케이션에 대해 본 명세서에 제안된 실시예에서 관절 레벨 토크 감지 능력의 사용을 다룬다. 외골격 등이 다루어지지만, 본 명세서에서 다루어지는 액추에이터 실시예는 헬스케어 공간 내외에서 임의의 수의 로봇 조작기를 위해 유용할 수도 있다. 이 기술은 로봇에 의해 예측되지 않는 힘을 검출하고 프로세스 신뢰성을 보장하기 위해 전형적인 프로세스 중에 인가되는 힘을 추적하는 힘 센서에 의해 프로세스 에러가 식별될 수도 있는 산업 용례에서 유용할 수도 있다.

실시예를 구성하기 위해, 구성요소들은 단일 유닛으로서 장착된 모터 및 감속기와 조립된다. 감속기의 출력부는 요구 배선 및 각도 감지부가 인코더 장착부(3)를 사용하여 배치된 후에 출력 커플러(6)에 연결된다. 정렬 베어링(12)이 개선된 정확도를 위해 사용될 수도 있다. 토크 측정을 위해, 감속기의 고정자는 단일 축외 지점을 통해 부하 측정 센서(7)에 연결된다.

실시예는 이에 한정되는 것은 아니지만 주로 물리 치료에 대해, 인간과 물리적으로 상호 작용하는 로봇 시스템의 구성요소로서 작동을 위해 사용될 수 있다. 토크 감지 액추에이터에 의해 가능하게 된 필요시 보조 패러다임은 신경근 장애의 재활을 위한 도구로서 설계된다.

실시예는 케이블 라우팅, 각도 감지 및 토크 측정, 또는 이들 세 가지의 조합이 요구되는 임의의 상황에서 액추에이터로서 사용될 수 있다. 실시예는 물리적 인간 로봇 상호 작용을 위한 로봇 공학의 분야에서 사용될 수 있지만, 다른 형태의 작동에도 또한 적용 가능하다.

이제 도 7 내지 도 16의 실시예가 설명된다.

도 8은 2개의 인공 링크 장치(256, 257)를 결합하는 인공 관절을 포함하는 외골격 시스템을 도시하고 있다. 예를 들어, 링크 장치는 인공 팔꿈치와 같은 관절(200)에 의해 결합된 전완 및 상완일 수도 있다. 관절은 적어도 하나의 케이블(250)을 포함할 수도 있다. 이러한 케이블은 데이터를 통신하고, 에너지를 전달하고, 감지를 가능하게 하는 등의 다른 케이블/코드/와이어/상호 연결부/트레이스를 포함할 수도 있다. 관절은 샤프트(251)를 갖는 모터(219), 가요성 부재(254)를 갖는 변형파 기어(204), 도관(220), 및 베어링(211)을 포함한다. 변형파 기어는 모터와 도관 사이에 있고 도관은 변형파 기어와 베어링 사이에 있다. 모터는 샤프트를 제1 방향(252)으로 회전시키도록 구성되고, 변형파 기어는 제1 방향과 반대인 제2 방향(253)으로 가요성 부재를 회전시키도록 구성된다. 도관(220)은 제2 방향으로의 가요성 부재의 회전에 응답하여 제2 방향으로 회전하도록 구성된다. 예를 들어, 도관은 볼트, 나사 또는 스테이플과 같은 앵커(213)를 통해 가요성 부재(254)에 결합될 수도 있다. 적어도 하나의 케이블(250)은 베어링 및 부가의 링크 장치(256) 내로 모두 통과하지만(경로(255) 참조) 변형파 기어 또는 모터 중 어느 것도 통과하지 않는다.

도관(220)(본 명세서에서 때때로 "출력 커플러"라 칭함)은 축(258)을 중심으로 회전하도록 구성된다. 도 11에 도시되어 있는 바와 같이, 도관은 축을 중심으로 적어도 270도 연장되는 둘레를 갖는 제1 외부벽(259)을 포함한다. 도관(220)의 다른 뷰가 도 13에서 발견되는데, 여기서 둘레가 360도 연장되어 있다. 도관(220)은 또한 축을 중심으로 적어도 270도 연장되는 둘레를 갖는 제2 외부벽(260)을 포함한다. 도 11에서, 제2 외부벽의 둘레는 360도 연장된다. 도관(220)은 축을 중심으로 180도 미만으로 연장되는 둘레를 갖는 내부벽(261)을 포함한다. 예를 들어, 도 13에서, 단면은 벽이 180도 바로 미만으로 연장되는 것을 도시하고 있다. 벽(261)은 제1 및 제2 외부벽(259, 260)을 서로 결합한다. 제1 및 제2 외부벽과 내부벽은 축을 중심으로 180도 초과로 연장되는 채널(262)을 함께 형성한다. 그 결과, 도관(220)은 채널(262) 내의 케이블(250)의 연장으로 인해 케이블(250)이 회전하게 하지 않고 가요성 부재(254)와 함께 회전할 수도 있다. 축(258)에 직교하는 평면(263)은 내부벽 및 채널과 교차하지만 제1 외부벽과 교차하지 않고 제2 외부벽과 교차하지 않는다. 예를 들어, 실시예에서 적어도 하나의 케이블(250)은: (a) 채널(262)을 통과하고; (b) 베어링(211)으로부터 이격하여, 외부벽(259) 주위로, 그리고 모터(219)를 향해 통과하고; (c) 외부벽(259)을 통과하지 않는다.

실시예에서, 케이블(250)은 정적 배향으로 장착된다. 이는 예를 들어, 도관(223)(때때로 "와이어 채널"이라 칭함)을 통한 케이블(250)의 연장에 기인할 수도 있다. 도관(223)은 앵커(218)를 통해 하우징에 부착될 수도 있다(도 11 참조). 채널(262)은 제2 방향으로의 가요성 부재(254)의 회전에 응답하여 축을 중심으로 도관(220)과 함께 회전하도록 구성된다.

실시예에서, 조립체(200)는 제2 방향으로의 가요성 부재의 회전에 응답하여 축을 중심으로 하는 도관(220)의 회전을 감지하도록 구성된 각도 센서(202)를 포함한다. 실시예에서, 축에 직교하는 부가의 평면은 각도 센서(202) 및 도관과 교차한다. 예를 들어, 센서(202)의 일부 부분은 부가의 평면이 센서(202) 및 임의의 벽(259, 260, 261)과 교차하도록 도관(220) 내에 있을 수도 있다.

실시예에서, 각도 센서는 절대 회전형 인코더이다. 회전형 인코더는 데이터를 수집하고 물체(예를 들어, 도관(220)과 같은 회전 디바이스)의 회전에 기초하여 피드백을 제공한다. 회전형 인코더는 때때로 "샤프트 인코더"이라 칭한다. 이 인코더 유형은 사용된 측정 유형에 따라, 샤프트의 회전에 기초하여 물체의 각도 위치 또는 모션을 변환할 수 있다. 절대 회전형 인코더는 "각도" 위치를 측정할 수 있고, 반면 증분 회전형 인코더는 거리, 속도 및 위치와 같은 항목을 측정할 수 있다. 실시예는 자기, 광학, 자기저항, 홀 효과, 유도성, 용량성 또는 레이저 기반 인코더, 회전 또는 선형 인코더, 절대 또는 증분 인코더와 같은 임의의 하나의 유형의 인코더와 함께 사용하는 것에 한정되지 않는다.

실시예는 (a) 각도 센서에 결합되고 채널(262) 내에 포함되고; (b) 베어링으로부터 이격하여, 외부벽(259) 주위로, 그리고 모터를 향해 통과하고; (c) 외부벽을 통과하지 않는 부가의 적어도 하나의 케이블(264)을 포함한다.

케이블(250, 264)은 모터(219)를 향한 통과를 위해 간극(231)을 통해 도관(223) 내로 통과할 수도 있다. 전술된 바와 같이, 도관(223)은 앵커(218)를 통해 링크 장치의 하우징에 정적으로 장착될 수도 있다. 그 결과, 도관(223)은 하우징에 정적으로 장착된 상태를 유지하고 제2 방향(253)으로의 가요성 부재(254)의 회전에 응답하여 축(258)을 중심으로 도관(223)과 함께 회전하지 않도록 구성된다. 실시예에서 도관(223)은 각도 센서의 적어도 일부를 포함하는 구획(265)을 갖는 모놀리식이다.

따라서, 상기에 나타낸 바와 같이, 전체 조립체(200)는 로봇 용례를 위한 토크 감지 회전 액추에이터이다. 시스템의 하나의 장점은 접근 불가능한 단부(모터(219))를 갖는 회전 샤프트(예를 들어, 회전 샤프트가 베어링(211), 벽(260), 플렉스 스파인(254)을 포함하는 경우) 내부의 와이어 라우팅을 포함한다. 액추에이터(200)는 기어모터(204)와 일체화되어 액추에이터 조립체에 의해 출력된 회전력(힘 센서(205)에 관한 이하의 설명 참조)을 측정하는 것이 가능한 액추에이터 조립체를 형성하고 와이어 채널이 베어링(211)의 구멍과 같은 구멍을 통과하게 하는 힘 센서(202), 와이어 채널(223) 및 베어링(211)을 포함한다. 달리 말하면, 이러한 디자인은 샤프트의 일 단부(모터(219)를 갖는 단부)가 접근 불가능할 때 샤프트(예를 들어, 베어링(211), 드라이브(204), 모터(219)를 포함하는 샤프트)의 중심을 통해 와이어(250)를 통과시키는 방법을 제공한다. 이는 도관(220)의 원주를 따라 슬롯(262)을 통해 도관의 중심으로 와이어를 통과시킴으로써 발생한다. 이는 기어모터가 출력 샤프트와 샤프트의 축을 통과하는 와이어에 부착될 수 있게 한다. 기어모터의 출력 회전을 연결하는 샤프트(즉, 도관(220))는 샤프트의 원주를 따라 슬롯과 만나는 샤프트 축을 통하는 구멍을 갖는다. 슬롯은 기어모터의 모션의 원하는 출력 범위보다 넓은 원호(채널(262)의 원호 참조)에 걸쳐 있다. 일 단부에서 앵커(218)를 통해 기어모터의 비회전 부분에 고정되고 축을 통해 구멍까지 연장되는 가이드(223)가 원주방향 슬롯 내로 삽입된다. 와이어(250 및/또는 264)는 와이어와 회전 샤프트 사이의 접촉을 방지하는 가이드를 통해 라우팅되고, 샤프트 축을 통해 베어링(211)의 구멍을 통해 빠져나간다(예를 들어, 와이어(250)).

아직 설명되지 않은 도 8의 다른 요소는 요소(222(인코더 로킹 플레이트), 203(절대 인코더 자석), 230(밀봉부), 208, 209, 232, 210(O-링), 214(와셔), 233, 215, 216, 212, 217(앵커), 224(플레이트), 229(파동 발생기 스페이서), 206(예를 들어, 도 12b에 관하여 또한 설명되는 벨빌 디스크 스프링(Belleville Disc spring), 그러나 다른 실시예는 임의의 특정 유형의 스프링 또는 탄성 부재에 한정되지 않음), 201(인코더용 베어링), 221(인코더 장착부))를 포함한다.

도 15에 도시되어 있는 바와 같이, 실시예에서 제2 외부벽(260)은 제1 구멍(266); 제2 구멍(267); 축(258)에 평행하고, 제1 구멍, 제1 및 제2 외부벽, 및 채널과 교차하지만 내부벽과는 교차하지 않는 제1 축(268); 축에 평행하고, 제2 구멍, 제1 및 제2 외부벽, 채널, 및 내부벽과 교차하는 제2 축(269)을 포함한다. 제1 앵커(270)는 부가의 링크 장치(256)를 제1 구멍에 고정하고 제2 앵커(271)는 부가의 링크 장치(256)를 제2 구멍에 고정한다. 제1 앵커는 제1 모멘트를 도관에 인가하고; 제2 앵커는 제2 모멘트를 도관에 인가하고; 제1 모멘트는 제2 모멘트와 같지 않다. 실시예에서, 제1 앵커는 제1 레벨의 토크로 제1 구멍 내에서 조여지고; 제2 앵커는 제2 레벨의 토크로 제2 구멍 내에서 조여지고; 제1 레벨의 토크는 제2 레벨의 토크의 +/- 5% 이내이다. 예를 들어, 각각의 앵커는 동일한 레벨의 토크로 조여질 수도 있다. 실시예에서, 시스템(200)은 부가의 베어링(272)을 포함하고, 축(258)에 직교하는 부가의 평면은 부가의 베어링 및 가요성 부재와 교차한다.

바로 위의 단락은 응력 인가 상태에서 비대칭성 회전 샤프트에 대한 치수 정확도를 얻기 위한 방법을 다루고 있다. 예를 들어, 비대칭성 회전 샤프트(예를 들어, 벽(261)이 360도 둘레를 갖지 못하기 때문에 도관(220))는 샤프트가 샤프트의 회전에 대응하는 치수적으로 정확한 특징부를 갖는 것을 필요로 하는 조립체(200) 내에 설치된다. 완전한 조립체(200)에서, 샤프트는 샤프트가 축(258)을 따라 회전할 수 있게 하기 위해 적어도 하나의 회전 베어링(예를 들어, 베어링(211, 272) 참조)에 의해 구속된다. 완전한 조립체에서, 비대칭성 샤프트는 샤프트 특징부의 치수 정확도에 영향을 미치는 부하에 의해 응력 인가된다. 조립체가 과도한 요동 없이 회전할 수 있는 것을 보장하기 위해, 샤프트는 먼저 그 치수 정확도가 그 최종 기하학 형상에 인가되는 응력의 영향을 받지 않는 특징부 및 그 치수 정확도가 미완성 상태에서 응력에 의해 영향을 받는 특징부를 갖고 제조된다. 샤프트는 최종 조립체에서 결합될 베어링과 유사한(예를 들어, 베어링(211)과 유사한) 베어링 내로 조립되고 최종 조립체에서 샤프트에 인가되는 것들과 유사한 부하가 샤프트에 인가된다. 예를 들어, 앵커(270, 271)(도 16)를 조임으로써, 미완성 특징부는 이제 샤프트에 인가된 부하에 의해 변형되고, 이 변형은 변형에 영향을 미치는 모든 인자가 동일하기 때문에 최종 조립에서 샤프트에 예측되는 것과 동일하다. 변형된 미완성 특징부는 베어링 내의 샤프트를 회전하고 회전 샤프트로부터 재료를 제거함으로써 부하가 샤프트에 인가되는 동안 그 최종 기하학 형상으로 기계 가공된다. 이들 새롭게 기계 가공된 특징부는 이제 샤프트가 최종 조립 내에서 응력 인가되고 원하는 결과가 달성될 때 샤프트의 회전에 대해 치수적으로 정확하다.

따라서, 실시예는 베어링 시스템의 더 양호한 정렬 정확도를 허용하기 위해 응력 인가 상태에서 샤프트를 기계 가공하기 위한 방법을 포함한다.

방법은 (단계 101) SEA 캘리브레이션 허브(Calibration Hub)를 베어링 내에 설치하고 각각의 체결구에 대해 2회 클릭 토크 렌치로 체결구(모두 6개)를 순서대로(체결구/앵커(271)에서 시작하여, 이어서 304, 이어서 301, 이어서 303, 이어서 302, 이어서 270) 3.5 Nm까지 조이는 단계를 포함한다. 단계 102에서, 베어링(211)의 외경만큼 조립체를 클램프한다. 단계 203에서, 부분(223)은 일정한 직경을 기계 가공하도록 회전되고, 면(305)은 평탄하다. 도 20은 방법의 실시예를 다룬다. 단계 2001에서, 도관(220)(미완성 특징부)은 베어링(211)과 같은 베어링에 부착된다. 도관(220)은 도관(220)이 전형적인 기능 중에 회전되고 그리고/또는 변형파 기어와 같은 드라이브의 회전 특징부에 직접 또는 간접적으로 안착될 때 문제가 될 수도 있는 불균일한 표면을 가질 수도 있다. 단계 2002에서, 부하가 도관에 인가된다. 이 부하는 도 16에 관하여 설명된 체결구를 통해 인가될 수도 있다. 부하는 일단 링크 장치(256)가 베어링(211)/도관(220)에 부착되면 인가될 부하를 표현할 수도 있다. 도관(220)의 비대칭성 특성(채널로 인한)으로 인해, 변형이 발생할 수도 있다. 이러한 변형은 도관(220)이 전형적인 기능 중에 회전되고 그리고/또는 변형파 기어와 같은 드라이브의 회전 특징부에 직접 또는 간접적으로 안착될 때 문제가 될 수도 있다. 단계 2003에서, 도관은 회전을 위해 준비되고, 단계 2004에서, 도관은 회전되고 기계 가공되어 그 상부면(드라이브에 직접 또는 간접적으로 결합됨)을 평활화한다.

실시예에서, 조립체(200)는 제2 방향(253)으로의 가요성 부재(254)의 회전에 응답하여 토크를 감지하도록(간접적으로) 구성된 힘 센서(205)를 포함한다. 그러나, 모터(219)가 코스를 역전하고 방향(253)으로 스핀해야 하면(가요성 부재(254)가 방향(252)으로 스핀하게 함) 토크 센서는 여전히 동작 가능할 것이다. 실시예(도 8)에서, 토크 센서는 변형파 기어와 모터 사이에 있다.

도 8의 실시예에서, (a) 모터(219), 변형파 기어(204), 도관(220), 및 베어링(211)은 모두 브래킷(227)을 통해 하우징에 결합되고; (b) 힘 센서(205)(감지된 힘이 변형파 기어와 같은 기어의 고정 요소로부터의 토크에 의해 야기되는 압축 또는 인장력일 수도 있음에도 불구하고 때때로 토크 센서라 칭함)는 브래킷을 모터, 변형파 기어, 도관 및 베어링의 각각에 결합하고, (c) 토크 센서는 변형파 기어를 통해 도관에 결합된다. 부가의 돌출부(273)가 토크 센서를 변형파 기어에 결합한다. 부가의 돌출부는 축(258)에 직교하여 연장된다.

이러한 실시예는 액추에이터의 출력 토크를 측정하기 위한 선형 힘 센서의 배열을 제공한다. 선형 힘 센서(205)를 기어모터(204)의 축을 벗어나게 배열하고 선형 힘 센서를 기어모터의 고정자에 부착함으로써(고정자 장착부(226)를 통해), 힘 센서에 의해 측정된 선형 힘(축(274)을 따른)은 기어모터에 의해 출력된 토크를 표현한다. 베어링(272)은 기어모터에 의해 출력된 비틀림 이외의 외부 부하로부터 로드셀을 격리하는 데 사용된다.

실시예에서, 기어모터(204)는 그 축이 기어모터 출력 축(258)과 일렬인 회전 베어링(272)에 장착되어, 기어모터 조립체가 그 출력 축을 중심으로 자유롭게 회전하지만 다른 자유도에서는 구속되게 된다. 돌출부 또는 돌기(273)를 갖는 구성요소는 돌출부가 기어모터의 원주로부터 현저히 돌출되도록 기어모터의 고정자에 고정된다. 선형 힘 센서(205)는 회전 베어링에 의해 허용되는 기어모터 조립체의 자유 회전을 구속하기 위해 액추에이터 하우징에(브래킷(227)을 통해) 그리고 돌출부에 고정된다. 측정된 선형 힘은 기어모터 축으로부터 힘까지의 거리(275)만큼 액추에이터 출력 토크에 비례한다.

도 12a 및 도 12b의 실시예에서, 액추에이터(200)는 제1 스프링(206), 제2 스프링(207), 제3 스프링(276) 및 제4 스프링(277)을 포함한다. 제2 스프링은 제1 및 제3 스프링 사이에 있고, 제3 스프링은 제2 및 제4 스프링 사이에 있다. 브래킷(227)은 돌출부(278)를 포함하고; 돌출부는 제2 및 제3 스프링 사이에 있고; 제3 및 제4 스프링은 돌출부와 토크 센서 사이에 있다. 제1 스프링은 제1 오목면을 포함하고, 제2 스프링은 제2 오목면을 포함하고, 제3 스프링은 제3 오목면을 포함하고, 제4 스프링은 제4 오목면을 포함하고; 제1 및 제2 오목면은 서로 대향하여 향하고 제2 및 제3 오목면은 서로 대향하여 향한다. 실시예에서, 제1, 제2, 제3 및 제4 스프링의 각각은 비선형 압축 스프링이다.

실시예에서, 제1 및 제2 스프링은 맞접부의 제1 부분(225)과 돌출부(278) 사이에 있다. 제3 및 제4 스프링은 맞접부의 제2 부분(228)과 돌출부 사이에 있다. 제1 및 제2 스프링은 압축되고 동시에 맞접부의 제1 부분과 돌출부에 대해 힘을 인가한다. 제3 및 제4 스프링은 압축되고 동시에 맞접부의 제2 부분과 돌출부에 대해 힘을 인가한다. 실시예에서, 맞접부(225, 228)는 맞접부의 제1 부분과 돌출부 사이의 공간(279)의 조정 가능한 폭을 갖는다. 실시예에서, 공간(279) 및/또는 공간(280)(맞접부의 제2 부분과 돌출부 사이)의 폭은 조정 가능하다. 예를 들어, 맞접부는 나사산 형성 부분을 포함할 수도 있고 공간(279/280)의 조정 가능한 폭은 나사산 형성 부분에 기초할 수도 있다. 예를 들어, 부분(228)은 부분(281) 상에 나사 결합될 수도 있다. 심(shims)이 또한 압축 레벨을 조정하는 데 사용될 수도 있다. 실시예에서, 맞접부는 채널(282)을 포함하고 토크 센서의 부분(283)이 채널 내에 포함된다. 실시예에서, 채널은 장축(284)을 포함하고, 채널의 장축에 직교하는 평면(285)은 토크 센서 및 맞접부를 교차한다.

실시예에서, 힘 센서(205)는 인라인 반작용 토크 센서이다. 실시예에서, 토크 센서는 비회전형이다. 실시예는 인라인 무선 토크 셀, 클램프 온 토크 셀, 회전식 셀, 슬립 링 셀과 같은 다양한 토크 센서를 포함할 수도 있다.

따라서, 스프링 스택의 상기 사용은 선형 스프링 스택을 사용하여 생성된 순응성 굴곡 관절을 제공한다. 각도 오정렬(예를 들어, 센서(205)의 축(286)과 채널 축(284) 사이)은 오정렬에 순응하지만 다른 변위에 대해 강성인 스프링의 배열을 사용함으로써 허용된다. 순응성 굴곡 관절은 압축 스프링 스택을 사용하여 생성된다. 중심 구멍을 갖는 일련의 비선형 압축 스프링의 스택이 선택되어 스프링 스택이 원하는 압축 범위에 걸쳐 거의 일정한 힘을 인가하게 된다. 2개의 세트의 비선형 압축 스프링 스택은 좁은 맞접부를 갖는 샤프트 상에 또는 좁은 맞접부를 갖는 고정 하우징 내에 배열된다. 스프링은 조정 가능한 맞접부 구성요소를 갖는 하우징 또는 샤프트에 의해 원하는 압축 범위의 중심으로 압축된다. 하우징에 대한 샤프트의 각도 오정렬이 발생할 때, 스프링 스택은 오정렬로 인해 일 측에서 압축되고 다른 측에서 신장된다. 스프링의 선택으로 인해, 스프링 스택의 압축된 측면과 신장된 측면이 거의 동일한 힘을 인가하고, 따라서 샤프트를 다시 정렬하도록 가압하는 작은 복원 모멘트만이 존재한다. 양 세트의 스프링은 이러한 거동을 나타내고 다른 스프링 스택을 압축하여 최종 조립체가 단지 작은 복원 모멘트만을 갖고 다른 변위에 대해 큰 복원력을 제공하도록 작용한다.

실시예는 도 8의 대안적인 토크 센서를 제공하고 있다. 도 19 내지 도 21은 하우징을 변형파 기어에 결합하는 토크 센서(287)를 포함하는 실시예를 다룬다. 예를 들어, 토크 센서(287)는 제1 센서 벽(292), 제2 센서 벽(293), 및 제1 센서 벽을 제2 센서 벽에 결합하기 위한 적어도 하나의 결합 부재(294, 295, 296, 297), 및 토크 센서에 전기를 전달하기 위한 적어도 하나의 케이블(298)을 포함한다. 토크 센서는 토크가 제1 또는 제2 센서 벽 중 적어도 하나에 공급되는 것에 응답하여 토크 센서의 전기적 특성을 변화시키도록 구성된다. 실시예에서, 토크 센서는 브리지 스트레인 게이지를 포함한다. 스트레인 게이지는 휘트스톤 브리지(Wheatstone bridge)를 포함할 수도 있다. 물론, 다른 실시예는 다른 형태의 스트레인 게이지를 이용할 수도 있다.

휘트스톤 브리지는, 그 하나의 레그가 미지의 구성요소를 포함하는 브리지 회로의 2개의 레그를 균형화함으로써 미지의 전기 저항을 측정하는 데 사용되는 전기 회로이다. 회로의 주요 이점은 매우 정확한 측정을 제공하는 그 능력이다(간단한 전압 분배기와 같은 것과는 대조적으로).

실시예에서, 축에 직교하는 평면(308)은 가요성 부재(254) 및 토크 게이지와 교차한다. 실시예에서, 평면은 또한 원형 스플라인(290) 및 파동 발생기(289)와 교차한다. 실시예에서, 토크 센서는 비틀림이 제1 및 제2 센서 벽(292, 293)과 적어도 하나의 결합 부재(294, 295, 296, 297)에 인가되는 것에 응답하여 토크 센서의 전기적 특성을 변화시키도록 구성된다. 비틀림은 제2 방향으로의 가요성 부재의 회전에 응답하여 발생되는 토크에 비례한다.

상기 내용은 회전 베어링을 갖는 플렉스 스플라인과 원형 스플라인 사이에 배치함으로써 변형파 감속기의 구조체 내에 일체화되는 순응력 감지 요소를 다룬다. 변형파 구성요소는 구성요소의 정렬 및 최대 수명을 보장하기 위해 정밀한 방식으로 배열되어야 하는 파동 발생기, 원형 스플라인 및 플렉스 스플라인을 포함한다. 플렉스 스플라인은 플렉스 스플라인이 플렉스 스플라인의 축에서 자유롭게 스핀하게 하는 회전 베어링(211)에 샤프트를 통해 연결된다. 회전 베어링은 하우징(288)에 의해 제자리에 보유된다. 원형 스플라인(290)은 비틀림 가요성 구성요소(287)를 통해 베어링 하우징(288)에 연결된다. 비틀림 가요성 구성요소는 그 축을 따른 비틀림 이외의 부하에 강성이다. 비틀림 가요성 구성요소는 하우징 내에 그리고 원형 스플라인에 정확하게 장착되어 플렉스 스플라인에 대한 원형 스플라인의 정렬을 보장한다. 파동 발생기는 조립체 내에 장착된다. 조립체의 출력부에 플렉스 스플라인(254)에 의해 출력된 토크는 원형 스플라인(290)에 의해 반작용된다. 이 토크는 비틀림 가요성 요소(287) 상에 작용하고 비틀림 가요성 요소가 약간 각도 변위될 수 있게 한다. 이러한 것이 발생할 때 플렉스 스플라인에 대한 원형 스플라인의 정렬이 다른 부하에 대한 구성요소의 강성으로 인해 유지된다. 각도 변위는 스트레인 게이지형 센서(287)에 의해 측정되고 비틀림력으로 변환된다. 측정된 비틀림력은 변형파 기어에 의해 출력된 토크에 비례한다. 센서(287)는 브리지 스트레인 게이지로서 기능한다. 브리지를 위한 배선의 실시예는 도 21의 배선 개략도에서 다루어진다.

이하의 예는 다른 실시예에 관한 것이다.

예 1. 외골격 시스템이며, 링크 장치 및 부가의 링크 장치; 링크 장치를 부가의 링크 장치에 결합하는 관절; 적어도 하나의 케이블을 포함하고; 관절은 샤프트를 갖는 모터, 가요성 부재를 갖는 변형파 기어, 도관, 및 베어링을 포함하고; 변형파 기어는 모터와 도관 사이에 있고 도관은 변형파 기어와 베어링 사이에 있고; 모터는 샤프트를 제1 방향으로 회전시키도록 구성되고, 변형파 기어는 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 가요성 부재를 회전시키도록 구성되고; 도관은 제2 방향으로의 가요성 부재의 회전에 응답하여 제2 방향으로 회전하도록 구성되고; 적어도 하나의 케이블은 베어링 및 부가의 링크 장치 내로 모두 통과하지만 변형파 기어 또는 모터 중 어느 것도 통과하지 않는, 외골격 시스템.

예를 들어, 적어도 하나의 케이블은 도 8의 케이블(250)을 포함할 수도 있다. 이러한 케이블은 서로 직렬 또는 병렬로 연결된 서브 케이블로 구성될 수도 있다. 이러한 케이블은 전력, 데이터 등을 전송할 수도 있다. 케이블은 인쇄 회로 기판(PCB), 상호 연결부, 통신 버스 등에 연결될 수도 있다. 케이블(250)은 베어링(211)의 구멍을 통해 그리고 이어서 드라이브와 인터페이스할 수도 있는 링크 장치(256) 내로 연장될 수도 있다. 또한, 케이블(250)은 다른 링크 장치 및/또는 제어기로의 도중에 모터(219)를 지나 연장될 수도 있다. 케이블(250)은 전형적으로 전자 통신의 견지에서 전력, 데이터 등을 통신하는 케이블로서 본 명세서에서 다루어지지만, 이러한 케이블은 대신에 유압, 공압 등의 견지에서 전력, 데이터 등을 통신할 수도 있다.

이러한 제어기는 자동화를 촉진하기 위해 존재하는 다양한 프로토콜을 통해 동작할 수도 있다. 이더캣(EtherCAT: Ethernet for Control Automation Technology)은 실시간 산업용 이더넷 기술이다. https://***.ethercat.org/en/technology.html#1.1에서 다루어지는 바와 같이, IEC 표준 IEC61158에 개시되어 있는 이더캣 프로토콜은 자동화 기술, 테스트 및 측정 및 다수의 다른 용례에서 하드 및 소프트 실시간 요구 사항에 적합하다. 이더캣은 짧은 주기 시간(≤100 μs), 정확한 동기화를 위한 낮은 지터(≤1 μs) 및 낮은 하드웨어 비용을 허용할 수도 있다.

이더캣 마스터는 각각의 노드(다양한 링크 장치의 PCB와 같은)를 통과하는 텔레그램을 송신한다. 각각의 이더캣 슬레이브 디바이스는 그에 어드레스된 데이터를 "온 더 플라이(on the fly)"로 판독하고, 프레임이 하류로 이동함에 따라 그 데이터를 프레임 내에 삽입한다. 프레임은 단지 하드웨어 전파 지연 시간만큼만 지연된다. 세그먼트(또는 드롭 라인) 내의 마지막 노드는 개방 포트를 검출하고 이더넷 기술의 전이중(full duplex) 특징을 사용하여 메시지를 마스터로 다시 송신한다.

이더캣 마스터는 이더캣 프레임을 능동적으로 송신하도록 허용된 세그먼트 내의 유일한 노드이고; 모든 다른 노드는 단지 프레임을 하류로 포워딩하기만 한다. 이 개념은 예측 불가능한 지연을 방지하고 실시간 능력을 보장한다.

마스터는 부가의 통신 프로세서 없이 표준 이더넷 매체 접근 제어기(Media Access Controller: MAC)를 사용한다. 이는 그에 무관하게 실시간 운영 체제 또는 응용 소프트웨어가 사용되는, 이용 가능한 이더넷 포트를 갖는 임의의 하드웨어 플랫폼 상에서 마스터가 구현되게 한다. 이더캣 슬레이브 디바이스는 이더캣 슬레이브 제어기(ESC)를 사용하여 프레임을 온 더 플라이로 완전히 하드웨어에서 처리하여, 네트워크 성능을 예측 가능하게 하고 개별 슬레이브 디바이스 구현과 독립적이게 한다.

이더캣은 본 명세서에서 다루어진 액추에이터 실시예가 제어될 수도 있는 하나의 방법을 설명하기 위해 상기에 사용되었지만, 액추에이터 실시예는 대신에 다른 전자 프로토콜, 유압 시스템, 공압 시스템 등을 통해 제어될 수도 있다.

케이블(250)은 프로그램 명령을 전송할 수도 있다. 프로그램 명령은 명령을 갖고 프로그래밍된 범용 또는 특수 용도 처리 시스템이 본 명세서에 설명된 동작(예를 들어, 링크 장치를 움직임)을 수행하게 하는 데 사용될 수도 있다. 대안적으로, 동작은 동작을 수행하기 위한 하드와이어드 로직(hardwired logic)을 포함하는 특정 하드웨어 구성요소에 의해, 또는 프로그래밍된 컴퓨터 구성요소와 맞춤형 하드웨어 구성요소의 임의의 조합에 의해 수행될 수도 있다. 본 명세서에 설명된 액추에이터 및/또는 링크 장치 실시예를 제어하기 위한 방법은 (a) 방법을 수행하기 위해 처리 시스템 또는 다른 전자 디바이스를 프로그래밍하는 데 사용될 수도 있는 명령이 그 위에 저장되어 있는 하나 이상의 기계 판독 가능 매체를 포함할 수도 있는 컴퓨터 프로그램 제품 또는 (b) 시스템이 방법을 수행하게 하기 위한 명령이 그 위에 저장되어 있는 적어도 하나의 저장 매체로서 제공될 수도 있다. 본 명세서에서 사용된 용어 "기계 판독 가능 매체" 또는 "저장 매체"는 기계에 의한 실행을 위해 일련의 명령(신호를 포함하는 일시적 매체 또는 비일시적 매체)을 저장하거나 인코딩하는 것이 가능하고 기계가 본 명세서에 설명된 방법 중 임의의 하나를 수행하게 하는 임의의 매체를 포함할 것이다. 용어 "기계 판독 가능 매체" 또는 "저장 매체"는 이에 따라, 용어는 솔리드 스테이트 메모리, 광학 및 자기 디스크, 판독 전용 메모리(ROM), 프로그램 가능 ROM(PROM), 소거 가능 PROM(EPROM), 전기적 EPROM(EEPROM), 디스크 드라이브, 플로피 디스크, 콤팩트 디스크 ROM(CD-ROM), 디지털 다기능 디스크(DVD), 플래시 메모리, 광자기 디스크, 뿐만 아니라 기계 접근 가능 생물학적 상태 보존 또는 신호 보존 저장 장치와 같은 더 외래적인 매체와 같은 메모리를 포함하지만 이들에 한정되는 것은 아니다. 매체는 기계에 의해 판독 가능한 형태로 정보를 저장, 전송 또는 수신하기 위한 임의의 메커니즘을 포함할 수도 있고, 매체는 안테나, 광섬유, 통신 인터페이스 등과 같이 프로그램 코드가 그를 통해 전달될 수도 있는 매체를 포함할 수도 있다. 프로그램 코드는 패킷, 직렬 데이터, 병렬 데이터 등의 형태로 전송될 수도 있고, 압축 또는 암호화 포맷으로 사용될 수도 있다. 더욱이, 작동을 하거나 결과를 야기하는 것으로서 하나의 형태 또는 다른 형태(예를 들어, 프로그램, 절차, 프로세스, 애플리케이션, 모듈, 로직 등)의 소프트웨어를 언급하는 것이 관련 기술분야에서 통상적이다. 이러한 표현은 처리 시스템에 의한 소프트웨어의 실행이 프로세서가 작동을 수행하거나 결과를 생성하게 하는 것을 언급하는 단지 간단한 방법일 뿐이다.

본 명세서에서 사용된 바와 같은 모듈은 임의의 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 또는 이들의 조합을 칭한다. 종종 분리된 것으로 예시된 모듈 경계는 통상적으로 다양하고 잠재적으로 중첩된다. 예를 들어, 제1 및 제2 모듈은, 일부 독립 하드웨어, 소프트웨어, 또는 펌웨어를 잠재적으로 유지하면서, 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 또는 이들의 조합을 공유할 수도 있다. 일 실시예에서, 용어 로직의 사용은 트랜지스터, 레지스터와 같은 하드웨어, 또는 프로그램 가능 로직 디바이스와 같은 다른 하드웨어를 포함한다. 그러나, 다른 실시예에서, 로직은 펌웨어 또는 마이크로코드와 같은 하드웨어와 통합된 소프트웨어 또는 코드를 또한 포함한다.

예 2. 예 1에 있어서, 도관은 축을 중심으로 회전하도록 구성되고; 도관은 (a) 축을 중심으로 적어도 270도 연장되는 둘레를 갖는 제1 외부벽; (b) 축을 중심으로 적어도 270도 연장되는 둘레를 갖는 제2 외부벽; (c) 축을 중심으로 180도 미만으로 연장되고 제1 및 제2 외부벽을 서로 결합하는 둘레를 갖는 내부벽으로서; (c) 제1 및 제2 외부벽과 내부벽은 축을 중심으로 180도 초과로 연장되는 채널을 함께 형성하는, 내부벽; 축에 직교하고, 내부벽과 채널을 교차하지만 제1 외부벽 및 제2 외부벽은 교차하지 않는 평면을 포함하는, 시스템.

예 2.1 예 2에 있어서, 적어도 하나의 케이블은: (a) 채널을 통과하고; (b) 베어링으로부터 이격하여, 외부벽 주위로, 그리고 모터를 향해 통과하고; (c) 외부벽을 통과하지 않는, 시스템.

예 3. 예 2.1에 있어서, 케이블은 정적 배향으로 장착되고; 채널은 제2 방향으로의 가요성 부재의 회전에 응답하여 축을 중심으로 도관과 함께 회전하도록 구성되는, 시스템.

예 4. 예 3에 있어서, 제2 방향으로의 가요성 부재의 회전에 응답하여 축을 중심으로 하는 도관의 회전을 감지하도록 구성된 각도 센서를 포함하는, 시스템.

예 5. 예 4에 있어서, 축에 직교하는 부가의 평면은 각도 센서 및 도관과 교차하는, 시스템.

예 6. 예 5에 있어서, 각도 센서는 절대 회전형 인코더인, 시스템.

예 7. 예 5에 있어서, 각도 센서는 도관의 회전에 기초하여 데이터를 수집하도록 구성되는, 시스템.

예 8. 예 5에 있어서, (a) 각도 센서에 결합되고 채널 내에 포함되며; (b) 베어링으로부터 이격하여, 외부벽 주위로, 그리고 모터를 향해 통과하고; (c) 외부벽을 통과하지 않는 부가의 적어도 하나의 케이블을 포함하는, 시스템.

예 9. 예 8에 있어서, (a) 채널 내에 포함되고, (b) 적어도 하나의 케이블 및 부가의 적어도 하나의 케이블을 포함하는 부가의 도관을 포함하는, 시스템.

예 10. 예 9에 있어서, 부가의 도관은 링크 장치의 하우징에 정적으로 장착되고; 부가의 도관은 하우징에 정적으로 장착된 상태를 유지하고 제2 방향으로의 가요성 부재의 회전에 응답하여 축을 중심으로 도관과 함께 회전하지 않도록 구성되는, 시스템.

예 11. 예 9에 있어서, 부가의 도관은 구획을 갖는 모놀리식이고; 구획은 각도 센서의 적어도 일부를 포함하는, 시스템.

예 11.1 예 2에 있어서, 제2 외부벽은, 제1 구멍; 제2 구멍; 축에 평행하고, 제1 구멍, 제1 및 제2 외부벽, 및 채널과 교차하지만 내부벽과는 교차하지 않는 제1 축; 축에 평행하고, 제2 구멍, 제1 및 제2 외부벽, 채널, 및 내부벽과 교차하는 제2 축을 포함하는, 시스템.

예 11.2 예 11.1에 있어서, 제1 및 제2 앵커를 포함하고, 제1 앵커는 제1 구멍에 부가의 링크 장치를 고정하고; 제2 앵커는 제2 구멍에 부가의 링크 장치를 고정하는, 시스템.

예 11.3 예 11.2에 있어서, 제1 앵커는 제1 모멘트를 도관에 인가하고; 제2 앵커는 제2 모멘트를 도관에 인가하고; 제1 모멘트는 제2 모멘트와 같지 않은, 시스템.

예 11.4 예 11.3에 있어서, 제1 앵커는 제1 레벨의 토크로 제1 구멍 내에서 조여지고; 제2 앵커는 제2 레벨의 토크로 제2 구멍 내에서 조여지고; 제1 레벨의 토크는 제2 레벨의 토크의 +/- 5% 이내인, 시스템.

예 11.5 예 11.4에 있어서, 부가의 베어링을 포함하고, 축에 직교하는 부가의 평면은 부가의 베어링 및 가요성 부재와 교차하는, 시스템.

예 12. 예 3에 있어서, 제2 방향으로의 가요성 부재의 회전에 응답하여 토크를 감지하도록 구성된 토크 센서를 포함하는, 시스템.

예 13. 예 12에 있어서, 토크 센서는 변형파 기어와 모터 사이에 있는, 시스템.

예 14. 예 12에 있어서, 링크 장치의 하우징을 포함하고; (a) 모터, 변형파 기어, 도관, 및 베어링은 모두 브래킷을 통해 하우징에 결합되고; (b) 토크 센서는 브래킷을 모터, 변형파 기어, 도관 및 베어링의 각각에 결합하는, 시스템.

예 15. 예 14에 있어서, 토크 센서는 변형파 기어를 통해 도관에 결합되는, 시스템.

예 16. 예 12에 있어서, 제1, 제2, 제3 및 제4 스프링을 포함하고, 제2 스프링은 제1 및 제3 스프링 사이에 있고, 제3 스프링은 제2 및 제4 스프링 사이에 있고; 브래킷은 돌출부를 포함하고; 돌출부는 제2 및 제3 스프링 사이에 있고; 제3 및 제4 스프링은 돌출부와 토크 센서 사이에 있는, 시스템.

예 17. 예 16에 있어서, 토크 센서를 변형파 기어에 결합하는 부가의 돌출부를 포함하고, 부가의 돌출부는 축에 직교하여 연장되는, 시스템.

예 18. 예 16에 있어서, 제1 스프링은 제1 오목면을 포함하고, 제2 스프링은 제2 오목면을 포함하고, 제3 스프링은 제3 오목면을 포함하고, 제4 스프링은 제4 오목면을 포함하고; 제1 및 제2 오목면은 서로 대향하여 향하고 제2 및 제3 오목면은 서로 대향하여 향하는, 시스템.

예 19. 예 16에 있어서, 제1, 제2, 제3 및 제4 스프링의 각각은 비선형 압축 스프링인, 시스템.

예 20. 예 19에 있어서, 맞접부를 포함하고, 제1 및 제2 스프링은 맞접부의 제1 부분과 돌출부 사이에 있고; 제3 및 제4 스프링은 맞접부의 제2 부분과 돌출부 사이에 있고; 제1 및 제2 스프링은 압축되고 동시에 맞접부의 제1 부분과 돌출부에 대해 힘을 인가하고; 제3 및 제4 스프링은 압축되고 동시에 맞접부의 제2 부분과 돌출부에 대해 힘을 인가하는, 시스템.

예 21. 예 20에 있어서, 맞접부는 맞접부의 제1 부분과 돌출부 사이의 공간의 조정 가능한 폭을 갖는, 시스템.

예 22. 예 20에 있어서, 맞접부는 맞접부의 제2 부분과 돌출부 사이의 공간의 조정 가능한 폭을 갖는, 시스템.

예 23. 예 21에 있어서, 맞접부는 나사산 형성 부분을 포함하고 맞접부의 제1 부분과 돌출부 사이의 공간의 조정 가능한 폭은 나사산 형성 부분에 기초하여 조정 가능한, 시스템.

예 24. 예 20에 있어서, 맞접부는 채널을 포함하고; 토크 센서의 부분이 채널 내에 포함되는, 시스템.

예 25. 예 24에 있어서, 채널은 장축을 포함하고; 채널의 장축에 직교하는 평면은 토크 센서와 맞접부를 교차하는, 시스템.

예 26. 예 12에 있어서, 토크 센서는 인라인 반작용 토크 센서인, 시스템.

예 27. 예 19에 있어서, 토크 센서는 비회전형인, 시스템.

예 28. 예 12에 있어서, 하우징을 포함하고, 토크 센서는 하우징을 변형파 기어에 결합하는, 시스템.

예 29. 예 28에 있어서, 토크 센서는 제1 센서 벽, 제2 센서 벽, 및 제1 센서 벽을 제2 센서 벽에 결합하기 위한 적어도 하나의 결합 부재; 토크 센서에 전기를 전달하기 위한 적어도 하나의 케이블을 포함하는, 시스템.

예 30. 예 29에 있어서, 토크 센서는 토크가 제1 또는 제2 센서 벽 중 적어도 하나에 공급되는 것에 응답하여 토크 센서의 전기적 특성을 변화시키도록 구성되는, 시스템.

예 31. 예 30에 있어서, 토크 센서는 브리지 스트레인 게이지를 포함하는, 시스템.

예 32. 예 31에 있어서, 축에 직교하는 부가의 평면은 가요성 부재 및 토크 게이지와 교차하는, 시스템.

예 33. 예 29에 있어서, 토크 센서는 비틀림이 제1 및 제2 센서 벽과 적어도 하나의 결합 부재에 인가되는 것에 응답하여 토크 센서의 전기적 특성을 변화시키도록 구성되고; 비틀림은 제2 방향으로의 가요성 부재의 회전에 응답하여 발생되는 토크에 비례하는, 시스템.

예 1a: 로봇 시스템이며, 링크 장치 및 부가의 링크 장치; 링크 장치를 부가의 링크 장치에 결합하는 관절; 적어도 하나의 케이블을 포함하고; 관절은 샤프트를 갖는 모터, 가요성 부재를 갖는 변형파 기어, 도관, 및 베어링을 포함하고; 변형파 기어는 모터와 도관 사이에 있고 도관은 변형파 기어와 베어링 사이에 있고; 모터는 샤프트를 제1 방향으로 회전시키도록 구성되고, 변형파 기어는 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 가요성 부재를 회전시키도록 구성되고; 도관은 제2 방향으로의 가요성 부재의 회전에 응답하여 제2 방향으로 회전하도록 구성되고; 적어도 하나의 케이블은 베어링 및 부가의 링크 장치 내로 모두 통과하지만 변형파 기어 또는 모터 중 어느 것도 통과하지 않는, 로봇 시스템.

예 1a의 다른 버전. 로봇 시스템이며, 링크 장치 및 부가의 링크 장치; 링크 장치를 부가의 링크 장치에 결합하는 관절; 적어도 하나의 케이블을 포함하고; 관절은 샤프트를 갖는 모터, 출력 부재를 갖는 변형파 기어, 도관, 및 베어링을 포함하고; 변형파 기어는 모터와 도관 사이에 있고 도관은 변형파 기어와 베어링 사이에 있고; 모터는 샤프트를 제1 방향으로 회전시키도록 구성되고, 변형파 기어는 출력 부재를 회전시키도록 구성되고; 도관은 출력 부재의 회전에 응답하여 회전하도록 구성되고; 적어도 하나의 케이블은 베어링 및 부가의 링크 장치 내로 모두 통과하지만 변형파 기어 또는 모터 중 어느 것도 통과하지 않는, 로봇 시스템.

따라서, 변형파 기어의 회전 출력 부재는 가요성 스플라인 또는 강성 스플라인을 포함할 수도 있다.

예 1a의 다른 버전. 로봇 시스템이며, 링크 장치 및 부가의 링크 장치; 링크 장치를 부가의 링크 장치에 결합하는 관절; 적어도 하나의 케이블을 포함하고; 관절은 샤프트를 갖는 모터, 원형 스플라인에 결합된 가요성 부재를 갖는 변형파 기어, 도관, 및 베어링을 포함하고; 변형파 기어는 모터와 도관 사이에 있고 도관은 변형파 기어와 베어링 사이에 있고; 모터는 샤프트를 제1 방향으로 회전시키도록 구성되고, 변형파 기어는 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 원형 스플라인을 회전시키도록 구성되고; 도관은 제2 방향으로의 원형 스플라인의 회전에 응답하여 제2 방향으로 회전하도록 구성되고; 적어도 하나의 케이블은 베어링 및 부가의 링크 장치 내로 모두 통과하지만 변형파 기어 또는 모터 중 어느 것도 통과하지 않는, 로봇 시스템.

따라서, 실시예는 원형 스플라인이 가요성 스플라인 대신에 회전하는 "반전" 모드에서 변형파 기어를 사용할 수도 있다.

예 1a의 다른 버전. 외골격 시스템이며, 링크 장치 및 부가의 링크 장치; 링크 장치를 부가의 링크 장치에 결합하는 관절; 적어도 하나의 케이블을 포함하고; 관절은 샤프트를 갖는 모터, 가요성 부재 및 비회전 부재를 갖는 변형파 기어, 도관, 및 베어링을 포함하고; 변형파 기어는 모터와 도관 사이에 있고 도관은 변형파 기어와 베어링 사이에 있고; 모터는 샤프트를 제1 방향으로 회전시키도록 구성되고, 변형파 기어는 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 가요성 부재를 회전시키도록 구성되고; 도관은 제2 방향으로의 가요성 부재의 회전에 응답하여 제2 방향으로 회전하도록 구성되고; 적어도 하나의 케이블은 베어링 및 부가의 링크 장치 내로 모두 통과하지만 변형파 기어 또는 모터 중 어느 것도 통과하지 않는, 외골격 시스템.

예 1a의 다른 버전. 로봇 시스템이며, 링크 장치 및 부가의 링크 장치; 링크 장치를 부가의 링크 장치에 결합하는 관절; 적어도 하나의 케이블을 포함하고; 관절은 샤프트, 감속기, 도관 및 베어링을 갖는 모터를 포함하고; 감속기는 변형파 감속기, 사이클로이드 감속기, 또는 유성 감속기 중 하나를 포함하고; 감속기는 모터와 도관 사이에 있고 도관은 감속기와 베어링 사이에 있고; 도관은 감속기의 회전에 응답하여 회전하도록 구성되고; 적어도 하나의 케이블은 베어링 및 부가의 링크 장치 내로 모두 통과하지만 감속기 또는 모터 중 어느 것도 통과하지 않는, 로봇 시스템.

감속기는 예를 들어, 모터와 출력 사이에 있다. 감속기는 동력이 전달되는 속도를 감소시키는 데 사용된다.

실시예는 변형파 기어와 같은 드라이브로 제한되지 않고 대신에 공압 또는 유압 작동에 기초하여 동작할 수도 있다. 또한, 감속기를 포함하지 않는 드라이브가 사용될 수도 있다. 예를 들어, 감속 능력이 없는 변형파 기어가 사용될 수도 있다.

변형파 기어링(또한 하모닉 기어링이라고도 칭함)은 헬리컬 기어 또는 유성 기어와 같은 전통적인 기어링 시스템에 비교하여 특정 특성을 개선할 수 있는 기계식 기어 시스템의 유형이다. 장점은, 백래시가 없거나 제한됨, 소형 및 경량, 높은 기어비, 표준 하우징 내에서 재구성 가능한 비율, 관성 부하를 재위치설정할 때 양호한 분해능 및 우수한 반복성, 높은 토크 성능, 동축 입력 및 출력 샤프트를 포함한다. 높은 기어 감속비가 작은 체적으로 가능하다.

실시예는 기계적 기어 시스템을 생략하고 대신에 모터의 샤프트를 도관(220)에 더 직접적으로 결합할 수도 있다.

실시예는 모터 샤프트에 결합된 입력, 제1 링크 장치의 하우징에 연결되는(직접 또는 로드셀을 통해) 고정자, 및 도관(220)에 결합된 출력부를 포함할 수도 있다.

예 2a. 예 1a에 있어서, 도관은 축을 중심으로 회전하도록 구성되고; 도관은 (a) 축을 중심으로 적어도 270도 연장되는 둘레를 갖는 제1 외부벽; (b) 축을 중심으로 적어도 270도 연장되는 둘레를 갖는 제2 외부벽; (c) 축을 중심으로 180도 미만으로 연장되고 제1 및 제2 외부벽을 서로 결합하는 둘레를 갖는 내부벽으로서; (c) 제1 및 제2 외부벽과 내부벽은 축을 중심으로 180도 초과로 연장되는 채널을 함께 형성하는, 내부벽; 축에 직교하고, 내부벽과 채널을 교차하지만 제1 외부벽 및 제2 외부벽은 교차하지 않는 평면을 포함하는, 시스템.

예 2.1a 예 2a에 있어서, 적어도 하나의 케이블은: (a) 채널을 통과하고; (b) 베어링으로부터 이격하여, 외부벽 주위로, 그리고 모터를 향해 통과하고; (c) 외부벽을 통과하지 않는, 시스템.

예 3a. 예 2.1a에 있어서, 케이블은 정적 배향으로 장착되고; 채널은 제2 방향으로의 가요성 부재의 회전에 응답하여 축을 중심으로 도관과 함께 회전하도록 구성되는, 시스템.

실시예 3a의 다른 버전. 예 2.1a에 있어서, 케이블은 정적 배향으로 장착되고; 채널은 제2 방향으로의 원형 스플라인의 회전에 응답하여 축을 중심으로 도관과 함께 회전하도록 구성되는, 시스템.

실시예 3a의 다른 버전. 예 2.1a에 있어서, 케이블은 정적 배향으로 장착되고; 채널은 감속기의 회전에 응답하여 축을 중심으로 도관과 함께 회전하도록 구성되는, 시스템.

예 4a. 예 3a에 있어서, 제2 방향으로의 가요성 부재의 회전에 응답하여 축을 중심으로 하는 도관의 회전을 감지하도록 구성된 각도 센서를 포함하는, 시스템.

예 4a의 다른 버전. 예 3a에 있어서, 제2 방향으로의 원형 스플라인 부재의 회전에 응답하여 축을 중심으로 하는 도관의 회전을 감지하도록 구성된 각도 센서를 포함하는, 시스템.

예 4a의 다른 버전. 예 3a에 있어서, 감속기의 회전에 응답하여 축을 중심으로 하는 도관의 회전을 감지하도록 구성된 각도 센서를 포함하는, 시스템.

예 5a. 예 4a에 있어서, 축에 직교하는 부가의 평면은 각도 센서 및 도관과 교차하는, 시스템.

예 6a. 예 5a에 있어서, 각도 센서는 절대 회전형 인코더인, 시스템.

예 7a. 예 5a에 있어서, 각도 센서는 도관의 회전에 기초하여 데이터를 수집하도록 구성되는, 시스템.

예 8a. 예 5a에 있어서, (a) 각도 센서에 결합되고 채널 내에 포함되며; (b) 베어링으로부터 이격하여, 외부벽 주위로, 그리고 모터를 향해 통과하고; (c) 외부벽을 통과하지 않는 부가의 적어도 하나의 케이블을 포함하는, 시스템.

예 9a. 예 8a에 있어서, (a) 채널 내에 포함되고, (b) 적어도 하나의 케이블을 포함하는 부가의 도관을 포함하는, 시스템.

실시예 9a의 다른 버전. 예 2a에 있어서, (a) 채널 내에 포함되고, (b) 적어도 하나의 케이블을 포함하는 부가의 도관을 포함하는, 시스템.

예 10a. 예 9a에 있어서, 부가의 도관은 링크 장치의 하우징에 정적으로 장착되고; 부가의 도관은 하우징에 정적으로 장착된 상태를 유지하고 제2 방향으로의 가요성 부재의 회전에 응답하여 축을 중심으로 도관과 함께 회전하지 않도록 구성되는, 시스템.

예 10a의 다른 버전. 예 9a에 있어서, 부가의 도관은 링크 장치의 하우징에 정적으로 장착되고; 부가의 도관은 하우징에 정적으로 장착된 상태를 유지하고 제2 방향으로의 원형 스플라인의 회전에 응답하여 축을 중심으로 도관과 함께 회전하지 않도록 구성되는, 시스템.

예 10a의 다른 버전. 예 9a에 있어서, 부가의 도관은 링크 장치의 하우징에 정적으로 장착되고; 부가의 도관은 하우징에 정적으로 장착된 상태를 유지하고 감속기의 회전에 응답하여 축을 중심으로 도관과 함께 회전하지 않도록 구성되는, 시스템.

예 11a. 예 9a에 있어서, 부가의 도관은 구획을 갖는 모놀리식이고; 구획은 각도 센서의 적어도 일부를 포함하는, 시스템.

예 11.1a 예 2a에 있어서, 제2 외부벽은, 제1 구멍; 제2 구멍; 축에 평행하고, 제1 구멍, 제1 및 제2 외부벽, 및 채널과 교차하지만 내부벽과는 교차하지 않는 제1 축; 축에 평행하고, 제2 구멍 및 내부벽과 교차하지만 채널은 교차하지 않는 제2 축을 포함하는, 시스템.

예 11.1a의 다른 버전. 예 2a에 있어서, 제2 외부벽은, 제1 구멍; 제2 구멍; 축에 평행하고, 제1 구멍, 제1 및 제2 외부벽, 및 채널과 교차하지만 내부벽과는 교차하지 않는 제1 축; 축에 평행하고, 제2 구멍, 제1 및 제2 외부벽, 및 채널과 교차하지만 내부벽과는 교차하지 않는 제2 축을 포함하고; 제1 축은 내부벽 상의 장소로부터의 제1 거리에 있고, 제2 축은 내부벽 상의 장소로부터의 제2 거리에 있고, 제1 거리는 제2 거리와 동일하지 않은, 시스템.

예 11.2a 예 11.1a에 있어서, 제1 및 제2 앵커를 포함하고, 제1 앵커는 제1 구멍에 부가의 링크 장치를 고정하고; 제2 앵커는 제2 구멍에 부가의 링크 장치를 고정하는, 시스템.

예 11.3a 예 11.2a에 있어서, 제1 앵커는 제1 모멘트를 도관에 인가하고; 제2 앵커는 제2 모멘트를 도관에 인가하고; 제1 모멘트는 제2 모멘트와 같은, 시스템.

예 11.4a 예 11.3a에 있어서, 제1 앵커는 제1 레벨의 토크로 제1 구멍 내에서 조여지고; 제2 앵커는 제2 레벨의 토크로 제2 구멍 내에서 조여지고; 제1 레벨의 토크는 제2 레벨의 토크의 +/- 10% 이내인, 시스템.

예 11.4a의 다른 버전. 예 11.2a에 있어서, 축에 직교하는 부가의 평면은 베어링과 교차하고; (a)(i) 제1 외부벽은 제1 외부벽면 및 제1 내부벽면을 갖고, (a)(ii) 제1 내부벽면은 채널과 제1 외부벽면 사이에 있고; 제1 구성에서: (c)(i) 제1 앵커는 제1 레벨의 토크로 제1 구멍 내에서 조여지고, 제2 앵커는 제1 레벨의 토크로 제2 구멍 내에서 조여지고; (c)(ii) 부가의 평면에 직교하여 축으로부터 제3 거리로 연장하는 제1 거리가 제1 외부벽면과 부가의 평면 사이에 존재하고, (c)(iii) 부가의 평면에 직교하여 축으로부터 제3 거리로 연장하는 제2 최소 거리가 제1 외부벽면과 부가의 평면 사이에 존재하고; (c)(iv) 제1 거리는 축에 대해, 제2 거리로부터 반경방향으로 오프셋되고; (c)(v) 제1 거리는 제2 거리와 같지 않고; 제2 구성에서: (c)(i) 제1 앵커는 제2 레벨의 토크로 제1 구멍 내에서 조여지고, 제2 앵커는 제2 레벨의 토크로 제2 구멍 내에서 조여지고; (c)(ii) 제1 거리는 제2 거리와 같고; (c)(iii) 제2 레벨의 토크는 제1 레벨의 토크보다 큰, 시스템.

예를 들어, 도 15에서 제1 거리는 거리(307)일 수도 있고 제2 거리는 거리(306)일 수도 있다. 제3 거리는 축(258)에 직교하여 취해질 수도 있고 축(258)으로부터 거리(307)까지(그리고 다시 거리(306)까지) 연장될 수도 있다. 달리 말하면, 힘은 축(258)으로부터 동일한 반경방향 거리에서 인가된다. 제1 레벨의 토크는 0 Nm일 수도 있지만(그리고 거리(306, 307)는 도관 및 그 채널의 비대칭성 특성으로 인해 불균일함), 토크가 실제 동작 조건에 유사한 레벨로 인가될 때(예를 들어, 제2 레벨의 토크) 거리(306, 307)는 균일하다.

예 11.5a 예 11.4a에 있어서, 부가의 베어링을 포함하고, 축에 직교하는 부가의 평면은 부가의 베어링 및 가요성 부재와 교차하는, 시스템.

예 11.5a의 다른 버전. 예 11.4a에 있어서, 부가의 베어링을 포함하고, 축에 직교하는 부가의 평면은 부가의 베어링 및 감속기와 교차하는, 시스템.

예 12a. 예 3a에 있어서, 제2 방향으로의 가요성 부재의 회전에 응답하여 토크를 감지하도록 구성된 토크 센서를 포함하는, 시스템.

예 12a의 다른 버전. 예 3a에 있어서, 변형파 기어의 원형 스플라인을 통해 전달되는 토크를 감지하도록 구성된 토크 센서를 포함하는, 시스템.

예 12a의 다른 버전. 예 3a에 있어서, 변형파 기어의 원형 스플라인을 통해 전달되는 힘을 감지하도록 구성된 힘 센서를 포함하는, 시스템.

예 12a의 다른 버전. 예 3a에 있어서, 감속기를 통해 전달되는 힘을 감지하도록 구성된 힘 센서를 포함하는, 시스템.

예 13a. 예 12a에 있어서, 토크 센서는 변형파 기어와 모터 사이에 있는, 시스템.

예 13a의 다른 버전. 예 12a에 있어서, 토크 센서는 변형파 기어와 제1 링크 장치의 하우징 사이에 있는, 시스템.

예 13a의 다른 버전. 예 12a에 있어서, 힘 센서는 변형파 기어와 제1 링크 장치의 하우징 사이에 있는, 시스템.

예 13a의 다른 버전. 예 12a에 있어서, 힘 센서는 감속기와 제1 링크 장치의 하우징 사이에 있는, 시스템.

예 14a. 예 12a에 있어서, 링크 장치의 하우징을 포함하고; (a) 모터, 변형파 기어, 도관, 및 베어링은 모두 브래킷을 통해 하우징에 결합되고; (b) 토크 센서는 브래킷을 모터, 변형파 기어, 도관 및 베어링의 각각에 결합하는, 시스템.

예 14a의 다른 버전. 예 12a에 있어서, 링크 장치의 하우징을 포함하고; (a) 변형파 기어의 원형 스플라인은 토크 센서를 통해 브래킷에 결합되고; (b) 토크 센서는 브래킷을 통해 하우징에 결합되는, 시스템.

예 14a의 다른 버전. 예 12a에 있어서, 링크 장치의 하우징을 포함하고; (a) 변형파 기어의 원형 스플라인은 힘 센서를 통해 브래킷에 결합되고; (b) 힘 센서는 브래킷을 통해 하우징에 결합되는, 시스템.

예 14a의 다른 버전. 예 12a에 있어서, 링크 장치의 하우징을 포함하고; (a) 감속기는 힘 센서를 통해 브래킷에 결합되고; (b) 힘 센서는 브래킷을 통해 하우징에 결합되는, 시스템.

예 15a. 예 14a에 있어서, 토크 센서는 변형파 기어를 통해 도관에 결합되는, 시스템.

예 15a의 다른 버전. 예 14a에 있어서, 힘 센서는 변형파 기어를 통해 도관에 결합되는, 시스템.

예 15a의 다른 버전. 예 14a에 있어서, 힘 센서는 감속기를 통해 도관에 결합되는, 시스템.

예 16a. 예 14a에 있어서, 제1, 제2, 제3 및 제4 스프링을 포함하고, 제2 스프링은 제1 및 제3 스프링 사이에 있고, 제3 스프링은 제2 및 제4 스프링 사이에 있고; 브래킷은 돌출부를 포함하고; 돌출부는 제2 및 제3 스프링 사이에 있고; 제3 및 제4 스프링은 돌출부와 토크 센서 사이에 있는, 시스템.

예를 들어, 스프링은 벨빌 스프링을 포함할 수도 있다. 원추형 디스크 스프링, 원추형 스프링 와셔, 디스크 스프링, 벨빌 스프링 또는 컵형 스프링 와셔로서 또한 공지되어 있는 벨빌 와셔/스프링은 그 축을 따라 정적으로 또는 동적으로 부하를 받을 수 있는 원추형 쉘이다. 벨빌 와셔는 와셔 형상의 스프링의 유형이다. 와셔에 그 특징적인 스프링을 제공하는 것은 절두 원추 형상이다.

예 16a의 다른 버전. 예 14a에 있어서, 제1, 제2, 제3 및 제4 스프링을 포함하고, 제2 스프링은 제1 및 제3 스프링 사이에 있고, 제3 스프링은 제2 및 제4 스프링 사이에 있고; 브래킷은 돌출부를 포함하고; 돌출부는 제2 및 제3 스프링 사이에 있고; 제3 및 제4 스프링은 돌출부와 힘 센서 사이에 있는, 시스템.

예 16a의 다른 버전. 예 14a에 있어서, 제1, 제2, 제3 및 제4 탄성 부재를 포함하고, 제2 탄성 부재는 제1 및 제3 탄성 부재 사이에 있고 제3 탄성 부재는 제2 및 제4 탄성 부재 사이에 있고; 브래킷은 돌출부를 포함하고; 돌출부는 제2 및 제3 탄성 부재 사이에 있고; 제3 및 제4 탄성 부재는 돌출부와 힘 센서 사이에 있는, 시스템.

예 16a의 다른 버전. 예 14a에 있어서, 부가의 제1, 부가의 제2, 부가의 제3 및 부가의 제4 스프링을 포함하고, 부가의 제2 스프링은 부가의 제1 및 부가의 제3 스프링 사이에 있고, 부가의 제3 스프링은 부가의 제2 및 부가의 제4 스프링 사이에 있고; 부가의 돌출부가 힘 센서를 변형파 기어에 결합하고; 부가의 돌출부는 부가의 제2 및 부가의 제3 스프링 사이에 있고; 부가의 제3 및 부가의 제4 스프링은 부가의 돌출부와 힘 센서 사이에 있는, 시스템.

따라서, 도 8에 도시되어 있는 바와 같이, 센서의 일 측에 4개의 스프링 세트(브래킷(227)의 양 측에 스프링을 가짐) 및 센서의 다른 측에 다른 4개의 스프링 세트(브래킷(273)의 양 측에 스프링을 가짐)가 존재할 수도 있다.

예 17a. 예 16a에 있어서, 토크 센서를 변형파 기어에 결합하는 부가의 돌출부를 포함하고, 부가의 돌출부는 축에 직교하여 연장되는, 시스템.

예 17a의 다른 버전. 예 16a에 있어서, 힘 센서를 변형파 기어에 결합하는 부가의 돌출부를 포함하고, 부가의 돌출부는 축에 직교하여 연장되는, 시스템.

예 17a의 다른 버전. 예 16a에 있어서, 힘 센서를 변형파 기어에 결합하는 부가의 돌출부를 포함하고, 부가의 돌출부는 축으로부터 이격하여 연장되는, 시스템.

예 17a의 다른 버전. 예 16a에 있어서, 힘 센서를 감속기에 결합하는 부가의 돌출부를 포함하고, 부가의 돌출부는 축으로부터 이격하여 연장되는, 시스템.

예 18a. 예 16a에 있어서, 제1 스프링은 제1 오목면을 포함하고, 제2 스프링은 제2 오목면을 포함하고, 제3 스프링은 제3 오목면을 포함하고, 제4 스프링은 제4 오목면을 포함하고; 제1 및 제2 오목면은 서로 대향하여 향하고 제2 및 제3 오목면은 서로 대향하여 향하는, 시스템.

예 18a의 다른 버전. 예 16a에 있어서, 제1 탄성 부재는 제1 오목면을 포함하고, 제2 탄성 부재는 제2 오목면을 포함하고, 제3 스프링은 제3 탄성 부재면을 포함하고, 제4 탄성 부재는 제4 오목면을 포함하고; 제1 및 제2 오목면은 서로 대향하여 향하고 제2 및 제3 오목면은 서로 대향하여 향하는, 시스템.

예 19a. 예 16a에 있어서, 제1, 제2, 제3 및 제4 스프링의 각각은 비선형 압축 스프링인, 시스템.

예 19a의 다른 버전. 예 16a에 있어서, 제1, 제2, 제3, 또는 제4 스프링 중 적어도 하나는 비선형 압축 스프링인, 시스템.

예 20a. 예 19a에 있어서, 맞접부를 포함하고, 제1 및 제2 스프링은 맞접부의 제1 부분과 돌출부 사이에 있고; 제3 및 제4 스프링은 맞접부의 제2 부분과 돌출부 사이에 있고; 제1 및 제2 스프링은 압축되고 동시에 맞접부의 제1 부분과 돌출부에 대해 힘을 인가하고; 제3 및 제4 스프링은 압축되고 동시에 맞접부의 제2 부분과 돌출부에 대해 힘을 인가하는, 시스템.

예 20a의 다른 버전. 예 16a에 있어서, 맞접부를 포함하고, 제1 및 제2 탄성 부재는 맞접부의 제1 부분과 돌출부 사이에 있고; 제3 및 제4 탄성 부재는 맞접부의 제2 부분과 돌출부 사이에 있고; 제1 및 제2 탄성 부재는 압축되고 동시에 맞접부의 제1 부분과 돌출부에 대해 힘을 인가하고; 제3 및 제4 탄성 부재는 압축되고 동시에 맞접부의 제2 부분과 돌출부에 대해 힘을 인가하는, 시스템.

예 21a. 예 20a에 있어서, 맞접부는 맞접부의 제1 부분과 돌출부 사이의 공간의 조정 가능한 폭을 갖는, 시스템.

예 22a. 예 20a에 있어서, 맞접부는 맞접부의 제2 부분과 돌출부 사이의 공간의 조정 가능한 폭을 갖는, 시스템.

예 23a. 예 21a에 있어서, 맞접부는 나사산 형성 부분을 포함하고 맞접부의 제1 부분과 돌출부 사이의 공간의 조정 가능한 폭은 나사산 형성 부분에 기초하여 조정 가능한, 시스템.

예 24a. 예 20a에 있어서, 맞접부는 채널을 포함하고; 토크 센서의 부분이 채널 내에 포함되는, 시스템.

예 24a의 다른 버전. 예 20a에 있어서, 맞접부는 채널을 포함하고; 힘 센서의 부분이 채널 내에 포함되는, 시스템.

예 24의 다른 버전. 예 20a에 있어서, 맞접부는 힘 센서의 부분에 인접해 있는, 시스템. 따라서, 채널(282) 및 센서의 부분의 그 수신이 모든 실시예에서 요구되는 것은 아니다.

예 25a. 예 24a에 있어서, 채널은 장축을 포함하고; 채널의 장축에 직교하는 평면은 토크 센서와 맞접부를 교차하는, 시스템.

예 25a의 다른 버전. 예 24a에 있어서, 채널은 장축을 포함하고; 채널의 장축에 직교하는 평면은 힘 센서와 맞접부를 교차하는, 시스템.

예 25a의 다른 버전. 예 24a에 있어서, 힘 센서의 장축은 제1, 제2, 제3, 및 제4 스프링의 중앙 공극과 교차하는, 시스템.

장축은 선형 힘이 작용하는(인장 또는 압축) 축일 수도 있다.

예 26a. 예 12a에 있어서, 토크 센서는 인라인 반작용 토크 센서인, 시스템.

예 26a의 다른 버전. 예 12a에 있어서, 힘 센서는 인라인 반작용력 센서인, 시스템.

예 26a의 다른 버전. 예 12a에 있어서, 힘 센서는 인라인 힘 센서인, 시스템.

예 26a의 다른 버전. 예 12a에 있어서, 힘 센서는 인라인 압축 및 인장력 센서인, 시스템.

예 27a. 예 19a에 있어서, 토크 센서는 비회전형인, 시스템.

실시예 27a의 다른 버전. 예 19a에 있어서, 힘 센서는 비회전형인, 시스템.

예 28a. 예 12a에 있어서, 하우징을 포함하고, 토크 센서는 하우징을 변형파 기어에 결합하는, 시스템.

예 28a의 다른 버전. 예 12a에 있어서, 하우징을 포함하고, 힘 센서는 하우징을 변형파 기어에 결합하는, 시스템.

예 28a의 다른 버전. 예 12a에 있어서, 하우징을 포함하고, 힘 센서는 하우징을 감속기에 결합하는, 시스템.

예 28a의 다른 버전. 예 12a에 있어서, 하우징을 포함하고, 힘 센서는 하우징을 감속기의 비회전형 부분에 결합하는, 시스템.

예 28a의 다른 버전. 예 12a에 있어서, 하우징을 포함하고, 힘 센서는 하우징을 변형파 기어의 비회전형 부분에 결합하는, 시스템.

예 28a의 다른 버전. 예 12a에 있어서, 변형파 기어의 비회전 부재는 토크 감지 요소를 통해 링크 장치의 하우징에 결합되는, 시스템.

예 28.1a. 예 28a에 있어서, 토크 감지 요소는 변형파 감속기의 회전 부재와 비회전 부재 사이의 부가의 베어링의 사용 없이 변형파 감속기의 회전 부재와 비회전 부재의 축 사이의 정렬을 유지하는, 시스템.

예 29a. 예 28a에 있어서, 토크 센서는 제1 센서 벽, 제2 센서 벽, 및 제1 센서 벽을 제2 센서 벽에 결합하기 위한 적어도 하나의 결합 부재; 토크 센서에 전기를 전달하기 위한 적어도 하나의 케이블을 포함하는, 시스템.

예 29a의 다른 버전. 예 28a에 있어서, 힘 센서는 제1 센서 벽, 제2 센서 벽, 및 제1 센서 벽을 제2 센서 벽에 결합하기 위한 적어도 하나의 결합 부재; 힘 센서에 전기를 전달하기 위한 적어도 하나의 케이블을 포함하는, 시스템.

예 29a의 다른 버전. 예 28a에 있어서, 힘 센서는 제1 센서 벽, 제2 센서 벽, 및 제1 센서 벽을 제2 센서 벽에 결합하기 위한 적어도 하나의 결합 부재; 힘 센서로부터 데이터를 통신하기 위한 적어도 하나의 케이블을 포함하는, 시스템.

예 30a. 예 29a에 있어서, 토크 센서는 토크가 제1 또는 제2 센서 벽 중 적어도 하나에 공급되는 것에 응답하여 토크 센서의 전기적 특성을 변화시키도록 구성되는, 시스템.

예 30a의 다른 버전. 예 29a에 있어서, 힘 센서는 토크가 제1 또는 제2 센서 벽 중 적어도 하나에 공급되는 것에 응답하여 토크 센서의 전기적 특성을 변화시키도록 구성되는, 시스템.

예 31a. 예 30a에 있어서, 토크 센서는 브리지 스트레인 게이지를 포함하는, 시스템.

예 31a의 다른 버전. 예 30a에 있어서, 힘 센서는 브리지 스트레인 게이지를 포함하는, 시스템.

예 31a의 다른 버전. 예 30a에 있어서, 힘 센서는 적어도 하나의 스트레인 게이지를 포함하는, 시스템.

예 31a의 다른 버전. 예 30a에 있어서, 힘 센서는 브리지 구성으로 배열된 적어도 하나의 스트레인 게이지를 포함하는, 시스템.

예 31a의 다른 버전. 예 30a에 있어서, 힘 센서는 휘트스톤 브리지 구성으로 배열된 적어도 하나의 스트레인 게이지를 포함하는, 시스템.

예 32a. 예 31a에 있어서, 축에 직교하는 부가의 평면은 가요성 부재 및 토크 게이지와 교차하는, 시스템.

예 32a의 다른 버전. 예 31a에 있어서, 축에 직교하는 부가의 평면은 가요성 부재 및 힘 게이지와 교차하는, 시스템.

예 33a. 예 29a에 있어서, 토크 센서는 비틀림이 제1 및 제2 센서 벽과 적어도 하나의 결합 부재에 인가되는 것에 응답하여 토크 센서의 전기적 특성을 변화시키도록 구성되고; 비틀림은 제2 방향으로의 가요성 부재의 회전에 응답하여 발생되는 토크에 비례하는, 시스템.

예 33a의 다른 버전. 예 29a에 있어서, 힘 센서는 비틀림이 제1 및 제2 센서 벽과 적어도 하나의 결합 부재에 인가되는 것에 응답하여 힘 센서의 전기적 특성을 변화시키도록 구성되고; 비틀림은 제2 방향으로의 가요성 부재의 회전에 응답하여 발생되는 토크에 비례하는, 시스템.

예 33a의 다른 버전. 예 29a에 있어서, 힘 센서는 비틀림이 제1 및 제2 센서 벽과 적어도 하나의 결합 부재에 인가되는 것에 응답하여 힘 센서의 전기적 특성을 변화시키도록 구성되고; 비틀림은 제2 방향으로의 원형 스플라인 부재의 회전에 응답하여 발생되는 토크에 비례하는, 시스템.

예 33a의 다른 버전. 예 29a에 있어서, 힘 센서는 비틀림이 제1 및 제2 센서 벽과 적어도 하나의 결합 부재에 인가되는 것에 응답하여 힘 센서의 전기적 특성을 변화시키도록 구성되고; 비틀림은 감속기의 회전에 응답하여 발생되는 토크에 비례하는, 시스템.

예 1b. 로봇 시스템이며, 링크 장치 및 부가의 링크 장치; 링크 장치를 부가의 링크 장치에 결합하는 관절; 및 적어도 하나의 케이블을 포함하고; 관절은 샤프트를 갖는 모터, 원형 스플라인에 결합된 가요성 부재를 갖는 변형파 기어, 도관, 및 베어링을 포함하고; 변형파 기어는 모터와 도관 사이에 있고 도관은 변형파 기어와 베어링 사이에 있고; 모터는 샤프트를 제1 방향으로 회전시키도록 구성되고 변형파 기어는 회전 가능 부재를 회전시키도록 구성되며, 회전 가능 부재는 가요성 부재 또는 원형 스플라인 중 하나를 포함하고; 도관은 회전 가능 부재의 회전에 응답하여 회전하도록 구성되고; 적어도 하나의 케이블은 베어링 및 부가의 링크 장치 내로 모두 통과하지만 변형파 기어 또는 모터 중 어느 것도 통과하지 않는, 로봇 시스템.

예 2b. 예 1b에 있어서, 도관은 축을 중심으로 회전하도록 구성되고; 도관은 (a) 축을 중심으로 적어도 270도 연장되는 둘레를 갖는 제1 외부벽; (b) 축을 중심으로 적어도 270도 연장되는 둘레를 갖는 제2 외부벽; (c) 축을 중심으로 180도 미만으로 연장되고 제1 및 제2 외부벽을 서로 결합하는 둘레를 갖는 내부벽을 포함하고; 제1 및 제2 외부벽과 내부벽은 축을 중심으로 180도 초과로 연장되는 채널을 함께 형성하고; 축에 직교하고, 내부벽과 채널을 교차하지만 제1 외부벽 및 제2 외부벽은 교차하지 않는 평면을 포함하는, 시스템.

예 3b. 예 1b 내지 2b 중 어느 하나에 있어서, 케이블은 정적 배향으로 장착되고; 채널은 회전 가능 부재의 회전에 응답하여 축을 중심으로 도관과 함께 회전하도록 구성되는, 시스템.

예 4b. 예 1b 내지 3b 중 어느 하나에 있어서, 회전 가능 부재의 회전에 응답하여 축을 중심으로 하는 도관의 회전을 감지하도록 구성된 각도 센서를 포함하는, 시스템.

예 5b. 예 4b에 있어서, 축에 직교하는 부가의 평면은 각도 센서 및 도관과 교차하는, 시스템.

예 6b. 예 4b 내지 5b 중 어느 하나에 있어서, (a) 각도 센서에 결합되고 채널 내에 포함되며; (b) 베어링으로부터 이격하여, 제1 외부벽 주위로, 그리고 모터를 향해 통과하고; (c) 제1 외부벽을 통과하지 않는 부가의 적어도 하나의 케이블을 포함하는, 시스템.

예 7b. 예 1b 내지 6b 중 어느 하나에 있어서, 채널 내에 포함되고 적어도 하나의 케이블을 포함하는 부가의 도관을 포함하는, 시스템.

예 8b. 예 7b에 있어서, 부가의 도관은 링크 장치의 하우징에 정적으로 장착되고; 부가의 도관은 하우징에 정적으로 장착된 상태를 유지하고 회전 가능 부재의 회전에 응답하여 축을 중심으로 도관과 함께 회전하지 않도록 구성되는, 시스템.

예 9b. 예 1b 내지 8b 중 어느 하나에 있어서, 회전 가능 부재는 가요성 부재를 포함하고; 변형파 기어는 회전 가능 부재를 제2 방향으로 회전시키도록 구성되고; 도관은 (a) 제2 방향으로의 회전 가능 부재의 회전 및 (b) 제1 방향으로의 샤프트의 회전에 응답하여 제2 방향으로 회전하도록 구성되고; 제2 방향은 제1 방향과 반대인, 시스템.

예 10b. 예 2b 내지 9b 중 어느 하나에 있어서, 제2 외부벽은, 제2 외부벽 내에 포함된 제1 구멍; 제2 외부벽 또는 내부벽 중 적어도 하나에 포함된 제2 구멍; 축에 평행하고, 제1 구멍, 제2 외부벽, 및 채널과 교차하지만 내부벽과는 교차하지 않는 제1 축; 축에 평행하고, 제2 구멍 및 내부벽과 교차하지만 채널은 교차하지 않는 제2 축을 포함하는, 시스템.

예 11b. 예 10b에 있어서, 제1 및 제2 앵커를 포함하고, 제1 앵커는 제1 구멍에 부가의 링크 장치를 고정하고; 제2 앵커는 제2 구멍에 부가의 링크 장치를 고정하는, 시스템.

예 12b. 예 11b에 있어서, 축에 직교하는 부가의 평면은 베어링과 교차하고; (a)(i) 제1 외부벽은 제1 외부벽면 및 제1 내부벽면을 갖고, (a)(ii) 제1 내부벽면은 채널과 제1 외부벽면 사이에 있고; 제1 구성에서: (c)(i) 제1 앵커는 제1 레벨의 토크로 제1 구멍 내에서 조여지고, 제2 앵커는 제1 레벨의 토크로 제2 구멍 내에서 조여지고; (c)(ii) 부가의 평면에 직교하여 축으로부터의 제3 거리로 연장하는 제1 거리가 제1 외부벽면과 부가의 평면 사이에 존재하고, (c)(iii) 부가의 평면에 직교하여 연장하고 축으로부터의 제3 거리로 연장하는 제2 거리가 제1 외부벽면과 부가의 평면 사이에 존재하고; (c)(iv) 제1 거리는 축에 대해, 제2 거리로부터 반경방향으로 오프셋되고; (c)(v) 제1 거리는 제2 거리와 같지 않고; 제2 구성에서: (c)(i) 제1 앵커는 제2 레벨의 토크로 제1 구멍 내에서 조여지고, 제2 앵커는 제2 레벨의 토크로 제2 구멍 내에서 조여지고; (c)(ii) 제1 거리는 제2 거리와 같고; (c)(iii) 제2 레벨의 토크는 제1 레벨의 토크보다 큰, 시스템.

예 13b. 예 1b 내지 12b 중 어느 하나에 있어서, 부가의 베어링을 포함하고, 축에 직교하는 부가의 평면은 부가의 베어링 및 가요성 부재와 교차하는, 시스템.

예 14b. 예 1b 내지 13b 중 어느 하나에 있어서, 변형파 기어의 회전 불가능 부재를 통해 전달되는 힘을 감지하도록 구성된 힘 센서를 포함하고, 회전 불가능 부재는 가요성 부재 또는 원형 스플라인 중 다른 하나를 포함하는, 시스템.

예 15b. 예 14b에 있어서, 힘 센서는 변형파 기어와 제1 링크 장치의 하우징 사이에 있는, 시스템.

예 16b. 예 14b에 있어서, 링크 장치의 하우징을 포함하고; (a) 회전 불가능 부재는 힘 센서를 통해 브래킷에 결합되고; (b) 힘 센서는 브래킷을 통해 하우징에 결합되는, 시스템.

예 17b. 예 16b에 있어서, 힘 센서는 변형파 기어를 통해 도관에 결합되는, 시스템.

예 18b. 예 16b에 있어서, 제1, 제2, 제3 및 제4 스프링을 포함하고, 제2 스프링은 제1 및 제3 스프링 사이에 있고, 제3 스프링은 제2 및 제4 스프링 사이에 있고; 브래킷은 돌출부를 포함하고; 돌출부는 제2 및 제3 스프링 사이에 있고; 제3 및 제4 스프링은 돌출부와 힘 센서 사이에 있는, 시스템.

예 19b. 예 16b에 있어서, 힘 센서를 변형파 기어에 결합하는 부가의 돌출부를 포함하고, 부가의 돌출부는 축으로부터 이격하여 연장되는, 시스템.

예 20b. 예 19b에 있어서, 맞접부를 포함하고, 제1 및 제2 스프링은 맞접부의 제1 부분과 돌출부 사이에 있고; 제3 및 제4 스프링은 맞접부의 제2 부분과 돌출부 사이에 있고; 제1 및 제2 스프링은 압축되고 동시에 맞접부의 제1 부분과 돌출부에 대해 힘을 인가하고; 제3 및 제4 스프링은 압축되고 동시에 맞접부의 제2 부분과 돌출부에 대해 힘을 인가하는, 시스템.

예 21b. 예 14b에 있어서, 힘 센서는 인라인 힘 센서인, 시스템.

예 22b. 예 1b 내지 13b 중 어느 하나에 있어서, 회전 불가능 부재는 토크 센서를 통해 링크 장치의 하우징에 결합되고, 회전 불가능 부재는 가요성 부재 또는 원형 스플라인 중 다른 하나를 포함하는, 시스템.

예 23b. 예 22b에 있어서, 토크 센서는 제1 센서 벽, 제2 센서 벽, 및 제1 센서 벽을 제2 센서 벽에 결합하기 위한 적어도 하나의 결합 부재; 토크 센서로부터 데이터를 통신하기 위한 적어도 하나의 부가의 케이블을 포함하는, 시스템.

예 24b. 예 23b에 있어서, 토크 센서는 토크가 제1 또는 제2 센서 벽 중 적어도 하나에 공급되는 것에 응답하여 토크 센서의 전기적 특성을 변화시키도록 구성되는, 시스템.

예 25b. 예 24b에 있어서, 토크 센서는 브리지 구성으로 배열된 적어도 하나의 스트레인 게이지를 포함하는, 시스템.

예 1c. 로봇 시스템이며, 링크 장치 및 부가의 링크 장치; 링크 장치를 부가의 링크 장치에 결합하는 관절; 및 적어도 하나의 케이블을 포함하고; 관절은 샤프트를 갖는 모터, 원형 스플라인에 결합된 가요성 부재를 갖는 변형파 기어, 도관, 및 베어링을 포함하고; 변형파 기어는 모터와 도관 사이에 있고 도관은 변형파 기어와 베어링 사이에 있고; 모터는 샤프트를 제1 방향으로 회전시키도록 구성되고 변형파 기어는 회전 가능 부재를 회전시키도록 구성되며, 회전 가능 부재는 가요성 부재 또는 원형 스플라인 중 하나를 포함하고; 도관은 회전 가능 부재의 회전에 응답하여 회전하도록 구성되고; 적어도 하나의 케이블은 베어링 및 부가의 링크 장치 내로 모두 통과하지만 변형파 기어 또는 모터 중 어느 것도 통과하지 않는, 로봇 시스템.

예를 들어, 변형파 기어는 모터와 도관 수단 사이에 동작 가능하게 존재한다(즉, 모터는 기어를 통해 도관에 연결됨).

예 2c. 예 1c에 있어서, 도관은 축을 중심으로 회전하도록 구성되고; 도관은 (a) 축을 중심으로 적어도 270도 연장되는 둘레를 갖는 제1 외부벽; (b) 축을 중심으로 적어도 270도 연장되는 둘레를 갖는 제2 외부벽; (c) 축을 중심으로 180도 미만으로 연장되고 제1 및 제2 외부벽을 서로 결합하는 둘레를 갖는 내부벽을 포함하고; 제1 및 제2 외부벽과 내부벽은 축을 중심으로 180도 초과로 연장되는 채널을 함께 형성하고; 축에 직교하고, 내부벽과 채널을 교차하지만 제1 외부벽 및 제2 외부벽은 교차하지 않는 평면을 포함하는, 시스템.

예 3c. 예 2c에 있어서, 케이블은 정적 배향으로 장착되고; 채널은 회전 가능 부재의 회전에 응답하여 축을 중심으로 도관과 함께 회전하도록 구성되는, 시스템.

예 4c. 예 3c에 있어서, 회전 가능 부재의 회전에 응답하여 축을 중심으로 하는 도관의 회전을 감지하도록 구성된 각도 센서를 포함하는, 시스템.

예 5c. 예 4c에 있어서, 축에 직교하는 부가의 평면은 각도 센서 및 도관과 교차하는, 시스템.

예 6c. 예 5c에 있어서, (a) 각도 센서에 결합되고 채널 내에 포함되며; (b) 베어링으로부터 이격하여, 제1 외부벽 주위로, 그리고 모터를 향해 통과하고; (c) 제1 외부벽을 통과하지 않는 부가의 적어도 하나의 케이블을 포함하는, 시스템.

예 7c. 예 2c에 있어서, 채널 내에 포함되고 적어도 하나의 케이블을 포함하는 부가의 도관을 포함하는, 시스템.

본 명세서에 사용될 때, 도관은 심지어 인접한 260도 둘레의 원형 단면을 반드시 수반하지는 않는다.

예 8c. 예 7c에 있어서, 부가의 도관은 링크 장치의 하우징에 정적으로 장착되고; 부가의 도관은 하우징에 정적으로 장착된 상태를 유지하고 회전 가능 부재의 회전에 응답하여 축을 중심으로 도관과 함께 회전하지 않도록 구성되는, 시스템.

예 9c. 예 2c에 있어서, 회전 가능 부재는 가요성 부재를 포함하고; 변형파 기어는 회전 가능 부재를 제2 방향으로 회전시키도록 구성되고; 도관은 (a) 제2 방향으로의 회전 가능 부재의 회전 및 (b) 제1 방향으로의 샤프트의 회전에 응답하여 제2 방향으로 회전하도록 구성되고; 제2 방향은 제1 방향과 반대인, 시스템.

예 10c. 예 2c에 있어서, 제2 외부벽은, 제2 외부벽 내에 포함된 제1 구멍; 제2 외부벽 또는 내부벽 중 적어도 하나에 포함된 제2 구멍; 축에 평행하고, 제1 구멍, 제2 외부벽, 및 채널과 교차하지만 내부벽과는 교차하지 않는 제1 축; 축에 평행하고, 제2 구멍 및 내부벽과 교차하지만 채널은 교차하지 않는 제2 축을 포함하는, 시스템.

예 10c의 다른 버전. 예 2c에 있어서, 제2 외부벽은, 제2 외부벽 내에 포함된 제1 구멍; 제2 외부벽 또는 내부벽 중 적어도 하나에 포함된 제2 구멍; 축에 평행하고, 제1 구멍, 제2 외부벽, 및 채널과 교차하지만 내부벽과는 교차하지 않는 제1 축; 축에 평행하고, 제2 구멍과 교차하지만 채널은 교차하지 않는 제2 축을 포함하는, 시스템.

예 11c. 예 10c에 있어서, 제1 및 제2 앵커를 포함하고, 제1 앵커는 제1 구멍에 부가의 링크 장치를 고정하고; 제2 앵커는 제2 구멍에 부가의 링크 장치를 고정하는, 시스템.

예 12c. 예 11c에 있어서, 축에 직교하는 부가의 평면은 베어링과 교차하고; (a)(i) 제1 외부벽은 제1 외부벽면 및 제1 내부벽면을 갖고, (a)(ii) 제1 내부벽면은 채널과 제1 외부벽면 사이에 있고; 제1 구성에서: (c)(i) 제1 앵커는 제1 레벨의 토크로 제1 구멍 내에서 조여지고, 제2 앵커는 제1 레벨의 토크로 제2 구멍 내에서 조여지고; (c)(ii) 부가의 평면에 직교하여 축으로부터의 제3 거리로 연장하는 제1 거리가 제1 외부벽면과 부가의 평면 사이에 존재하고, (c)(iii) 부가의 평면에 직교하여 연장하고 축으로부터의 제3 거리로 연장하는 제2 거리가 제1 외부벽면과 부가의 평면 사이에 존재하고; (c)(iv) 제1 거리는 축에 대해, 제2 거리로부터 반경방향으로 오프셋되고; (c)(v) 제1 거리는 제2 거리와 같지 않고; 제2 구성에서: (c)(i) 제1 앵커는 제2 레벨의 토크로 제1 구멍 내에서 조여지고, 제2 앵커는 제2 레벨의 토크로 제2 구멍 내에서 조여지고; (c)(ii) 제1 거리는 제2 거리와 같고; (c)(iii) 제2 레벨의 토크는 제1 레벨의 토크보다 큰, 시스템.

예 13c. 예 11c에 있어서, 부가의 베어링을 포함하고, 축에 직교하는 부가의 평면은 부가의 베어링 및 가요성 부재와 교차하는, 시스템.

예 14c. 예 3c에 있어서, 변형파 기어의 회전 불가능 부재를 통해 전달되는 힘을 감지하도록 구성된 힘 센서를 포함하고, 회전 불가능 부재는 가요성 부재 또는 원형 스플라인 중 다른 하나를 포함하는, 시스템.

예 15c. 예 14c에 있어서, 힘 센서는 변형파 기어와 제1 링크 장치의 하우징 사이에 있는, 시스템.

예 16c. 예 14c에 있어서, 링크 장치의 하우징을 포함하고; (a) 회전 불가능 부재는 힘 센서를 통해 브래킷에 결합되고; (b) 힘 센서는 브래킷을 통해 하우징에 결합되는, 시스템.

예 17c. 예 16c에 있어서, 힘 센서는 변형파 기어를 통해 도관에 결합되는, 시스템.

예 18c. 예 16c에 있어서, 제1, 제2, 제3 및 제4 스프링을 포함하고, 제2 스프링은 제1 및 제3 스프링 사이에 있고, 제3 스프링은 제2 및 제4 스프링 사이에 있고; 브래킷은 돌출부를 포함하고; 돌출부는 제2 및 제3 스프링 사이에 있고; 제3 및 제4 스프링은 돌출부와 힘 센서 사이에 있는, 시스템.

예 19c. 예 16c에 있어서, 힘 센서를 변형파 기어에 결합하는 부가의 돌출부를 포함하고, 부가의 돌출부는 축으로부터 이격하여 연장되는, 시스템.

예 20c. 예 18c에 있어서, 맞접부를 포함하고, 제1 및 제2 스프링은 맞접부의 제1 부분과 돌출부 사이에 있고; 제3 및 제4 스프링은 맞접부의 제2 부분과 돌출부 사이에 있고; 제1 및 제2 스프링은 압축되고 동시에 맞접부의 제1 부분과 돌출부에 대해 힘을 인가하고; 제3 및 제4 스프링은 압축되고 동시에 맞접부의 제2 부분과 돌출부에 대해 힘을 인가하는, 시스템.

예 21c. 예 14c에 있어서, 힘 센서는 인라인 힘 센서인, 시스템.

예 22c. 예 2c에 있어서, 회전 불가능 부재는 토크 센서를 통해 링크 장치의 하우징에 결합되고, 회전 불가능 부재는 가요성 부재 또는 원형 스플라인 중 다른 하나를 포함하는, 시스템.

예 23c. 예 22c에 있어서, 토크 센서는 제1 센서 벽, 제2 센서 벽, 및 제1 센서 벽을 제2 센서 벽에 결합하기 위한 적어도 하나의 결합 부재; 토크 센서로부터 데이터를 통신하기 위한 적어도 하나의 부가의 케이블을 포함하는, 시스템.

예 24c. 예 23c에 있어서, 토크 센서는 토크가 제1 또는 제2 센서 벽 중 적어도 하나에 공급되는 것에 응답하여 토크 센서의 전기적 특성을 변화시키도록 구성되는, 시스템.

예 25c. 예 24c에 있어서, 토크 센서는 브리지 구성으로 배열된 적어도 하나의 스트레인 게이지를 포함하는, 시스템.

실시예는 (1) 접근 불가능 단부를 갖는 회전 샤프트 내부의 와이어 라우팅(내부 와이어 라우팅은 비 내부 라우팅에 비해 액추에이터 푸트프린트를 감소시킴), (2) 액추에이터의 출력 토크를 측정하기 위한 선형 힘 센서의 배열(선형 힘 센서는 상업적으로 더 풍부하고 비틀림 토크 센서보다 비용이 적고, 부착 푸트프린트가 상업용 토크 센서보다 더 작음), (3) 스프링 스택을 사용하여 생성된 순응성 굴곡 관절(로드 단부에 비교하여 소형 길이, 제로 간극 오정렬 베어링, 기하학 형상 및 치수 정확도는 액추에이터 기능에 중요하며 액추에이터는 힘 센서의 각도 오정렬에 대한 허용 없이 바람직하게 수행되지 않을 것임), (4) 변형파 감속기에 일체형인 순응력 감지 요소(액추에이터 조립체에 힘 센서의 소형 일체화, 적은 기계 가공된 구성요소를 요구하는 간단한 디자인), (5) 회전 베어링의 세트에 의해 구속된 구성요소의 위치 정확도를 보장하기 위한 프로세스(선형 힘 센서를 사용하는 액추에이터 조립체는 액추에이터 출력 샤프트 주위의 2개의 베어링에 대한 2개의 하우징 사이의 모션과 관련된 힘 감지 정확도의 문제에 직면함, 프로세스는 이 방법에 의해 기계 가공되지 않은 샤프트에 비해 힘 감지 정확도를 개선시킴, 기하학 형상 및 치수 정확도는 액추에이터 기능에 중요하며 액추에이터는 조립체 내의 베어링의 각도 오정렬에 대한 허용 없이 바람직하게 수행되지 않을 것임)와 같은 종래의 시스템에 비한 다양한 개선을 제공한다.

실시예는 힘 감지 회전 액추에이터를 갖는 인간 인터페이싱 로봇에 사용을 위해 적용 가능하다. 힘 감지 능력은 로봇이 과도한 힘을 인가하여 사람을 다치게 하지 않는 것을 보장하는 안전에 매우 중요하다. 액추에이터에 의해 인가된 힘을 감지하는 액추에이터의 능력은 물리 치료와 같은 의료 분야에서 용도를 가질 수도 있는 상호 작용의 기록 생성하기 위해 유용하다. 실시예는 (1) 접근 불가능한 단부를 갖는 회전 샤프트 내부의 와이어 라우팅--관통 구멍 없이 기어모터에 부착된 샤프트에 와이어를 일체화하고 요구 출력 모션 범위가 360도 미만인 경우, (2) 액추에이터의 출력 토크를 측정하기 위한 선형 힘 센서의 배열--힘 측정 기어모터 액추에이터 생성, (3) 선형 스프링 스택을 사용하여 생성된 순응성 굴곡 관절--작은 각도 오정렬이 소형 푸트프린트에 요구되는 용례, (4) 변형파 감속기에 일체형인 순응력 감지 요소--힘 측정 기어모터 액추에이터를 생성하는 데 유용함, (5) 회전 베어링의 세트에 의해 구속되는 구성요소의 위치 정확도를 보장하기 위한 프로세스--힘 감지 액추에이터에서 힘 측정의 정확도를 개선하는 데 유용하고 그리고/또는 로봇/산업 용례에서 베어링의 수명을 연장하기 위해 유용함--을 수반하는 임의의 분야에서 유용할 수도 있다.

액추에이터는 로봇 시스템 내에 판매되거나 배달될(예를 들어, 로봇 시스템 내에 포함됨) 수도 있지만, 액추에이터 및 그 부품은 로봇 시스템 없이 배송되거나 배달될 수도 있다. 예를 들어, 액추에이터는 교체 부품으로서 단독으로 배송될 수도 있다. 액추에이터의 부품은 교체 부품으로서 단독으로 배송될 수도 있다.

액추에이터의 실시예는 인간 인터페이싱 로봇에 전형적으로 사용되는 기존의 산업용 액추에이터 및 직렬 탄성 액추에이터와는 상이하다. 산업용 로봇은 전형적으로 모든 자유도에서 강성인 액추에이터를 사용하고 직렬 탄성 액추에이터는 출력 회전에서의 컴플라이언스를 허용하기 위한 탄성 요소를 의도적으로 포함한다. 그러나, 실시예는 산업용 및 직렬 탄성 액추에이터의 모두로부터의 설계 목표를 조합하고 양자 모두와 구별된다.

개선은 접근 불가능한 단부를 갖는 회전 샤프트 내부의 와이어 라우팅을 포함한다. 산업용 로봇은 전형적으로 관절에서 넓은 범위의 모션을 필요로 하고 이 방법을 사용하여 가능한 것보다 더 큰 회전을 허용하는 와이어 통과 기술을 필요로 한다. 의료 분야에서의 용례를 위해, 관절 모션 범위에 대한 요구 사항은 전형적으로 와이어 통과 실시예를 허용하는 180도 미만이다.

개선은 액추에이터의 출력 토크를 측정하기 위한 선형 힘 센서의 배열을 포함한다. 직렬 탄성 액추에이터는 전형적으로 기어모터의 출력측에 있는 그 탄성 요소의 변위를 측정한다. 실시예의 배열은 토크 감지 유닛을 기어모터의 고정자측에 배치하는데, 이는 신뢰성에 유리하다. 기어모터의 고정자측에 부하 감지를 갖는 직렬 탄성 액추에이터는 전형적으로 전체 기어모터를 로드셀과 함께 장착하는데--이는 부하 판독 정확도에 영향을 미치는 추가의 부하를 힘 센서에 도입한다. 기어모터를 구속하기 위해 회전 베어링을 사용함으로써, 단지 비틀림 부하만이 선형 힘 센서에 작용하도록 허용되는데, 이는 더 정확한 부하 판독 및 더 양호한 신뢰성을 제공한다. 종래의 시스템은 스트레인 게이지 측정을 사용하여 기어모터의 고정자측을 기초로 하는 부하 감지를 적절하게 커버하지 않는다. 실시예는 로봇 용례를 위한 완전한 모듈식 액추에이터 유닛을 형성하기 위해 기어모터 유닛과 힘 센서의 더 긴밀한 일체화를 허용한다.

개선은 선형 스프링 스택을 사용하여 생성된 순응성 굴곡 관절을 포함한다. 각도 오정렬은 전형적으로 마찰 및 백래시/간극의 단점을 갖는 구면 베어링에 의해 허용된다. 정밀 용례에서, 각도 오정렬은 굴곡에 의해 허용될 수 있다. 그러나, 굴곡은 원하는 거동을 생성하기 위해 복잡한 조립 또는 기계 가공 작업을 요구하고, 디자인에 따라 복원 모멘트가 클 수 있다. 본 명세서에 설명된 스프링 스택은 구면 베어링보다 더 소형이고, 백래시를 갖지 않거나 제한된 백래시를 가지며, 조립이 쉽고, 낮은 복원 모멘트를 갖는다.

개선은 변형파 감속기에 일체형인 순응력 감지 요소를 포함한다. 전형적인 변형파 구성요소 세트는 원형 스플라인과 플렉스 스플라인의 상대 회전을 허용하기 위해 강성 하우징과 회전 베어링에 의해 정렬되어 보유된다. 강성 하우징 중 하나를 변형파 감속기의 축에서 가요성인 요소로 교체함으로써, 변형파 구성요소의 정렬이 유지되고, 가요성 요소의 굴곡이 토크 측정을 위해 측정될 수 있다.

개선은 회전 베어링 세트에 의해 구속되는 구성요소의 위치 정확도를 보장하기 위한 프로세스를 포함한다. 강성 샤프트에 대한 전형적인 기계 가공 작업은 회전 베어링의 적절한 정렬을 유지하기에 충분하다. 가요성 샤프트의 경우, 샤프트 상의 부하로 인한 베어링 시트 표면의 굴곡은 베어링의 적절한 정렬을 유지하기에는 너무 클 수도 있다. 이 굴곡은 간단한 기계 가공 방법을 사용하여 보상될 수 없다. 그러나, 실시예 프로세스는 이 문제를 해결한다.

실시예는 긴밀한 일체화가 필요한 용례를 위해 기어모터와 더 밀접하게 일체화된다. 소형화, 복잡성 감소 및 비용 절감을 위해서는 긴밀한 일체화가 바람직하다. 종래의 시스템은 전체 로봇 성능에 악영향을 미치는 로봇 용례에서 더 크고 더 체적이 큰 조립체로 인해 더 적은 결과를 달성하였다.

본 발명의 실시예의 상기 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제시되었다. 이는 철저하거나 개시된 정확한 형태로 본 발명을 한정하도록 의도된 것은 아니다. 이 설명 및 이하의 청구범위는 단지 설명의 목적으로만 사용되고 한정으로서 해석되어서는 안되는 좌측, 우측, 상, 하, 위, 아래, 상부, 하부, 제1, 제2 등과 같은 용어를 포함한다. 예를 들어, 상대 수직 위치를 지정하는 용어는 기판의 측면이 해당 기판의 "상부" 표면인 상황을 나타내고; 기판은 실제로 임의의 배향에 있을 수도 있어 기판의 "상부" 측이 표준 지상 기준 프레임의 "하부" 측보다 더 낮을 수도 있고 여전히 용어 "상부"의 의미 내에 속하게 된다. 본 명세서(청구범위 포함)에 사용된 용어 "위"는 이러한 것이 구체적으로 언급되지 않으면, 제2 층 "위"의 제1 층이 제2 층 바로 위에서 직접적으로 접촉하고 있는 것을 나타내지 않으며; 제1 층과 제1 층 위의 제2 층 사이에 제3 층 또는 다른 구조가 존재할 수도 있다. 본 명세서에 설명된 디바이스 또는 물품의 실시예는 다수의 위치 및 배향으로 제조되고, 사용되거나 배송될 수 있다. 관련 기술분야의 통상의 기술자는 상기 교시에 비추어 다수의 수정 및 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있다. 통상의 기술자는 도면에 도시되어 있는 다양한 구성요소에 대한 다양한 등가의 조합 및 치환을 인식할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범주는 이러한 상세한 설명에 의해서가 아니라 여기에 첨부된 청구범위에 의해 한정되도록 의도된다.

Claims

로봇 시스템이며,
제1 링크 장치 및 제2 링크 장치;
제1 링크 장치를 제2 링크 장치에 결합하는 관절; 및
적어도 하나의 케이블을 포함하고;
관절은 샤프트를 갖는 모터, 원형 스플라인에 결합된 가요성 부재를 갖는 변형파 기어, 제1 도관, 및 베어링을 포함하고;
모터는 샤프트를 제1 방향으로 회전시키도록 구성되고, 변형파 기어는 가요성 부재 또는 원형 스플라인 중 하나를 회전시키도록 구성되고;
제1 도관은 가요성 부재 또는 원형 스플라인 중 하나의 회전에 응답하여 회전하도록 구성되고;
적어도 하나의 케이블은 베어링 및 제2 링크 장치 내로 통과하지만 변형파 기어 또는 모터 중 어느 것도 통과하지 않고;
제1 도관은 종축을 중심으로 회전하도록 구성되고;
(a) 변형파 기어는 모터와 제1 도관 사이에 있고 (b) 제1 도관은 변형파 기어와 베어링 사이에 있고;
제1 도관은 (a) 종축을 중심으로 적어도 270도 연장되는 둘레를 갖는 제1 외부벽; (b) 종축을 중심으로 적어도 270도 연장되는 둘레를 갖는 제2 외부벽; (c) 종축을 중심으로 180도 미만으로 연장되고 제1 및 제2 외부벽을 서로 결합하는 둘레를 갖는 내부벽을 포함하고;
제1 및 제2 외부벽과 내부벽은 종축을 중심으로 180도 초과로 연장되는 채널을 함께 형성하고;
종축에 직교하는, 평면이 내부벽과 채널을 교차하지만 제1 외부벽 및 제2 외부벽은 교차하지 않는, 로봇 시스템.
삭제
제1항에 있어서,
적어도 하나의 케이블은 정적 배향으로 장착되고;
채널은 가요성 부재 또는 원형 스플라인 중 하나의 회전에 응답하여 종축을 중심으로 제1 도관과 함께 회전하도록 구성되는, 로봇 시스템.
제3항에 있어서, 가요성 부재 또는 원형 스플라인 중 하나의 회전에 응답하여 종축을 중심으로 하는 제1 도관의 회전을 감지하도록 구성된 각도 센서를 포함하는, 로봇 시스템.
제4항에 있어서, 종축에 직교하는 부가의 평면은 각도 센서 및 제1 도관과 교차하는, 로봇 시스템.
제5항에 있어서, (a) 각도 센서에 결합되고 채널 내에 포함되며; (b) 베어링으로부터 이격하여, 제1 외부벽 주위로, 그리고 모터를 향해 통과하고; (c) 제1 외부벽을 통과하지 않는 부가의 적어도 하나의 케이블을 포함하는, 로봇 시스템.
제1항에 있어서, 채널 내에 포함되고 적어도 하나의 케이블을 포함하는 제2 도관을 포함하는, 로봇 시스템.
제7항에 있어서,
제2 도관은 제1 링크 장치의 하우징에 정적으로 장착되고;
제2 도관은 하우징에 정적으로 장착된 상태를 유지하고 가요성 부재 또는 원형 스플라인 중 하나의 회전에 응답하여 종축을 중심으로 제1 도관과 함께 회전하지 않도록 구성되는, 로봇 시스템.
제1항에 있어서,
가요성 부재 또는 원형 스플라인 중 하나는 가요성 부재를 포함하고;
변형파 기어는 가요성 부재를 제2 방향으로 회전시키도록 구성되고;
제1 도관은 (a) 제2 방향으로의 가요성 부재의 회전 및 (b) 제1 방향으로의 샤프트의 회전에 응답하여 제2 방향으로 회전하도록 구성되고;
제2 방향은 제1 방향과 반대인, 로봇 시스템.
제1항에 있어서, 제2 외부벽은:
제2 외부벽 내에 포함된 제1 구멍;
제2 외부벽 또는 내부벽 중 적어도 하나에 포함된 제2 구멍;
종축에 평행하고, 제1 구멍, 제2 외부벽, 및 채널과 교차하지만 내부벽과는 교차하지 않는 제1 축;
종축에 평행하고, 제2 구멍 및 내부벽과 교차하지만 채널은 교차하지 않는 제2 축을 포함하는, 로봇 시스템.
제10항에 있어서, 제1 및 제2 앵커를 포함하고,
제1 앵커는 제1 구멍에 제2 링크 장치를 고정하고;
제2 앵커는 제2 구멍에 제2 링크 장치를 고정하는, 로봇 시스템.
제11항에 있어서,
종축에 직교하는 부가의 평면은 베어링과 교차하고;
(a)(i) 제1 외부벽은 제1 외부벽면 및 제1 내부벽면을 갖고, (a)(ii) 제1 내부벽면은 채널과 제1 외부벽면 사이에 있고;
제1 구성에서: (b)(i) 제1 앵커는 제1 레벨의 토크로 제1 구멍 내에서 조여지고, 제2 앵커는 제1 레벨의 토크로 제2 구멍 내에서 조여지고; (b)(ii) 부가의 평면에 직교하여 종축으로부터의 제3 거리로 연장하는 제1 거리가 제1 외부벽면과 부가의 평면 사이에 존재하고, (b)(iii) 부가의 평면에 직교하여 연장하고 종축으로부터의 제3 거리로 연장하는 제2 거리가 제1 외부벽면과 부가의 평면 사이에 존재하고; (b)(iv) 제1 거리는 종축에 대해, 제2 거리로부터 반경방향으로 오프셋되고; (b)(v) 제1 거리는 제2 거리와 같지 않고;
제2 구성에서: (c)(i) 제1 앵커는 제2 레벨의 토크로 제1 구멍 내에서 조여지고, 제2 앵커는 제2 레벨의 토크로 제2 구멍 내에서 조여지고; (c)(ii) 제1 거리는 제2 거리와 같고; (c)(iii) 제2 레벨의 토크는 제1 레벨의 토크보다 큰, 로봇 시스템.
제11항에 있어서, 부가의 베어링을 포함하고, 종축에 직교하는 부가의 평면은 부가의 베어링 및 가요성 부재와 교차하는, 로봇 시스템.
제3항에 있어서, 가요성 부재 또는 원형 스플라인 중 다른 하나를 통해 전달되는 힘을 감지하도록 구성된 힘 센서를 포함하는, 로봇 시스템.
제14항에 있어서, 힘 센서는 변형파 기어와 제1 링크 장치의 하우징 사이에 있는, 로봇 시스템.
제14항에 있어서, 제1 링크 장치의 하우징을 포함하고; (a) 가요성 부재 또는 원형 스플라인 중 다른 하나는 힘 센서를 통해 브래킷에 결합되고; (b) 힘 센서는 브래킷을 통해 하우징에 결합되는, 로봇 시스템.
제16항에 있어서, 힘 센서는 변형파 기어를 통해 제1 도관에 결합되는, 로봇 시스템.
제16항에 있어서, 제1, 제2, 제3 및 제4 스프링을 포함하고,
제2 스프링은 제1 및 제3 스프링 사이에 있고, 제3 스프링은 제2 및 제4 스프링 사이에 있고;
브래킷은 돌출부를 포함하고;
돌출부는 제2 및 제3 스프링 사이에 있고;
제3 및 제4 스프링은 돌출부와 힘 센서 사이에 있는, 로봇 시스템.
제16항에 있어서, 힘 센서를 변형파 기어에 결합하는 부가의 돌출부를 포함하고, 부가의 돌출부는 종축으로부터 이격하여 연장되는, 로봇 시스템.
제18항에 있어서, 맞접부를 포함하고,
제1 및 제2 스프링은 맞접부의 제1 부분과 돌출부 사이에 있고;
제3 및 제4 스프링은 맞접부의 제2 부분과 돌출부 사이에 있고;
제1 및 제2 스프링은 압축되고 동시에 맞접부의 제1 부분과 돌출부에 대해 힘을 인가하고;
제3 및 제4 스프링은 압축되고 동시에 맞접부의 제2 부분과 돌출부에 대해 힘을 인가하는, 로봇 시스템.
제14항에 있어서, 힘 센서는 인라인 힘 센서인, 로봇 시스템.
제1항에 있어서, 가요성 부재 또는 원형 스플라인 중 다른 하나는 토크 센서를 통해 제1 링크 장치의 하우징에 결합되는, 로봇 시스템.
제22항에 있어서,
토크 센서는 제1 센서 벽, 제2 센서 벽, 및 제1 센서 벽을 제2 센서 벽에 결합하기 위한 적어도 하나의 결합 부재;
토크 센서로부터 데이터를 통신하기 위한 적어도 하나의 부가의 케이블을 포함하는, 로봇 시스템.
제23항에 있어서, 토크 센서는 토크가 제1 또는 제2 센서 벽 중 적어도 하나에 공급되는 것에 응답하여 토크 센서의 전기적 특성을 변화시키도록 구성되는, 로봇 시스템.
제24항에 있어서, 토크 센서는 브리지 구성으로 배열된 적어도 하나의 스트레인 게이지를 포함하는, 로봇 시스템.