KR102510089B1 - 양방향 고유감각 구동기 - Google Patents

양방향 고유감각 구동기 Download PDF

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Abstract

본 발명의 양방향 고유감각 구동기는, 하우징 내부에 장착되어 입력기어를 회전시키는 모터; 상기 입력기어에 의해 회전되고 복수의 제1플래닛기어와 제1링기어를 구비하는 제1유성기어; 상기 복수의 제1플래닛기어의 회전축에 결합되어 제1와이어를 권취하는 제1출력단릴; 상기 입력기어에 의해 회전되고 복수의 제2플래닛기어와 제2링기어를 구비하는 제2유성기어; 및 상기 제2링기어에 결합되어 제2와이어를 권취하는 제2출력단릴을 포함한다.

Description

양방향 고유감각 구동기{Proprioceptive actuator capable of simultaneous bidirectional driving}
본 발명은 양방향 고유감각 구동기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 와이어 기반 웨어러블 슈트 또는 양방향 동시 구동이 필요한 다양한 시스템에 적용될 수 있는 구동기 구조 및 메커니즘에 관한 것이다.
웨어러블 로봇이란 옷처럼 입을 수 있는 로봇 기술을 말한다. 일반적으로 인간의 운동 능력 및 근력을 증강시키기 위해 인체에 착용하여 인간과 함께 작동하는 모든 로봇을 총칭한다.
종래기술에 따른 웨어러블 로봇은 근력의 보조가 필요한 산업현장 또는 환자(의료계)의 사용자에 맞게 개발되어 있기 때문에 농작업의 비정형 환경에 적용하기가 어렵다. 또한, 의도 파악 등 다양한 센서를 필요로 하는 제어가 적용되어 있다. 위와 같은 이유 등으로 기존의 제품들은 데이터 처리를 위한 고사양 시스템, 짧은 배터리 사용시간, 비싼 원가, 무거운 제품(무게), 좁은 동작성, 어려운 착용성 등의 문제점을 가지고 있다. 농업 환경에서의 사용자는 고령자, 여성 농업인의 비율이 높기 때문에 해당 문제점을 해결할 기술이 필요하다.
기존의 웨어러블 로봇은 상지 또는 하지의 근력을 보조하는 로봇 시스템이 대부분이다. 상지 웨어러블 로봇은, 대부분 두 팔을 이용해 최대 20kg의 작업 중량을 취급할 때 필요한 팔의 근력을 보조하게 되는데, 양팔에 대해 보조력을 발생시키기 위해 2개의 구동기가 구비되어 있다. 하지만 해당 작업에서는 양 팔의 동작이 거의 유사하기 때문에 1개의 구동기를 이용해서도 충분히 가능하다. 그럼에도 불구하고 하나의 구동부(힘 발생부)만 적용된 웨어러블 로봇 시스템 기술이 없는 이유는, 하나의 구동부에서 두 방향의 힘 전달부를 구성하는 것이 매우 어렵기 때문이다.
위와 같은 이유로 기존의 상지 웨어러블 로봇은 대부분 2개의 모터가 적용되어 있으므로, 배터리 용량, 부피, 무게가 증가되고, 제어의 복잡성이 증가되는 등으로 인해 웨어러블 로봇 시스템 전체의 무게가 증가하고 복잡성이 증가한다.
웨어러블 로봇에 적용된 다수의 구동기 기술 또한 2개의 구동기가 적용되는 웨어러블 슈트에만 적합하게 개발되어 있기 때문에, 종래기술의 문제점(무게, 착용성, 동작성 등)이 해결된 웨어러블 로봇을 개발하기 위해서는 1개의 모터로 2개의 와이어를 서로 다른 방향으로 구동하는 제어를 수월하게 해 줄 수 있는 구동 장치의 개발이 필요하다.
공개특허공보 제10-2009-0063428호
본 발명은 고유감각 구동기의 특성을 지니고 있어 외력에 반응하여 힘(토크)을 측정할 수 있고, 무게 및 부피 대비 토크 출력이 높아 경량형 시스템 설계에 적용할 수 있으며, 동시에 양방향 회전이 가능하기 때문에 특히 와이어의 감김이 필요한 시스템에서 구조적으로 단순하고 힘 전달 손실을 최소화할 수 있는 양방향 고유감각 구동기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 양방향 고유감각 구동기는, 하우징 내부에 장착되어 입력기어를 회전시키는 모터; 상기 입력기어에 의해 회전되고 복수의 제1플래닛기어와 제1링기어를 구비하는 제1유성기어; 상기 복수의 제1플래닛기어의 회전축에 결합되어 제1와이어를 권취하는 제1출력단릴; 상기 입력기어에 의해 회전되고 복수의 제2플래닛기어와 제2링기어를 구비하는 제2유성기어; 및 상기 제2링기어에 결합되어 제2와이어를 권취하는 제2출력단릴을 포함한다.
상기 제1출력단릴과 상기 제2출력단릴은 서로 반대방향으로, 서로 동일한 회전각도로 회전될 수 있다.
상기 모터는 로터가 스테이터의 외측에 배치되는 아우터 로터 타입 모터일 수 있다.
상기 하우징은 상기 모터를 수용하고 상기 입력기어가 장착되는 제1하우징과, 상기 제1하우징에 결합되고 외측에 상기 스테이터가 배치되며 내측에 상기 제1유성기어가 장착되는 제2하우징과, 상기 제2하우징에 결합되고 상기 제1출력단릴과 상기 제2유성기어와 상기 제2출력단릴이 장착되는 제3하우징을 포함할 수 있다.
상기 입력기어는 상기 로터에 체결되는 입력축모터결합부에 장착되어 상기 로터와 함께 회전될 수 있다.
상기 입력축모터결합부는 일측에 각도센서를 구비하고, 상기 제1하우징에 장착되는 제1베어링에 의해 상기 제1하우징에 회전가능하게 지지될 수 있다.
상기 제2하우징은 내측에 상기 제1유성기어를 지지하는 제2베어링과, 상기 제2베어링의 내측에 배치되는 유성기어커버를 포함할 수 있다.
상기 제1유성기어의 복수의 제1플래닛기어의 회전축에는 각각 제1플래닛기어삽입베어링이 결합되어 상기 제1출력단릴에 장착될 수 있다.
상기 제2유성기어의 제2링기어는 상기 제2출력단릴의 내주면에 결합되어 상기 제2출력단릴을 회전시킬 수 있다.
상기 제2유성기어의 복수의 제2플래닛기어의 회전축에는 각각 제2플래닛기어삽입베어링이 결합되어 상기 제3하우징에 결합될 수 있다.
상기 제2유성기어와 상기 제3하우징 사이에는 중심부에 상기 입력기어를 지지하는 제4베어링과 상기 제2링기어를 지지하는 제5베어링을 더 포함할 수 있다.
상기한 본 발명의 양방향 고유감각 구동기에 의하면, 아우터 로터 타입 모터 및 작은 기어비를 가진 유성 기어 모듈이 적용된 구동기 구조 설계 기술로서, 경량화되고 컴팩트한 하나의 구동기로 서로 반대방향의 회전력을 발생할 수 있다.
또한, 고유감각 구동기의 특성을 지니고 있어 외력에 반응하여 힘(토크)을 측정할 수 있고, 무게 및 부피 대비 토크 출력이 높아 경량형 시스템 설계에 적용할 수 있다.
그리고, 동시에 양방향 회전이 가능하기 때문에 특히 와이어의 감김이 필요한 시스템에서 구조적으로 단순하고 힘 전달 손실을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 고유감각 구동기를 웨어러블 슈트에 장착한 것을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 고유감각 구동기를 나타내는 상방 사시도(a) 및 하방 사시도(b)이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 고유감각 구동기를 나타내는 절개 사시도이다.
도 4는 양방향 고유감각 구동기의 일방향 분해 사시도(a) 및 분해 측면도(b)이다.
도 5는 양방향 고유감각 구동기의 타방향 분해 사시도(a) 및 분해 측면도(b)이다.
도 6은 입력기어에 의해 회전되는 제1유성기어와 제2유성기어를 나타내는 사시도이다.
도 7은 입력기어에 의해 회전되는 제1유성기어와 제2유성기어의 회전방향을 나타내는 평면도이다.
도 8은 제1유성기어와 제2유성기어의 회전 각도를 나타내는 평면도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 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 발명에서, '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 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 고유감각 구동기를 웨어러블 슈트에 장착한 것을 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 고유감각 구동기를 나타내는 상방 사시도(a) 및 하방 사시도(b)이다.
본 발명의 양방향 고유감각 구동기(100)는 웨어러블 슈트(wearable suit, 10)에 장착되어 한 쌍의 와이어를 동시에 당겨서 구동할 수 있다. 도 1에 도시된 웨어러블 슈트(10)는 상지의 근력을 보조하기 위한 웨어러블 로봇으로서, 한 쌍의 와이어를 당겨 양팔 관절을 구부리는 것을 보조할 수 있다. 양방향 고유감각 구동기(100)는 웨어러블 슈트(10)의 등판에 장착되고, 어깨 부위를 거쳐 양팔 관절까지 연결된 제1와이어(50)와 제2와이어(60)를 소정의 힘으로 동시에 당기도록 구동할 수 있다. 양방향 고유감각 구동기(100)는 와이어를 통해 구동하는 웨어러블 슈트뿐만 아니라 양방향 동시 구동이 필요한 다양한 시스템에 적용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 고유감각 구동기를 나타내는 절개 사시도이고, 도 4는 양방향 고유감각 구동기의 일방향 분해 사시도(a) 및 분해 측면도(b)이며, 도 5는 양방향 고유감각 구동기의 타방향 분해 사시도(a) 및 분해 측면도(b)이고, 도 6은 입력기어에 의해 회전되는 제1유성기어와 제2유성기어를 나타내는 사시도이다.
본 발명의 양방향 고유감각 구동기(100)는 하우징 내부에 장착되어 입력기어(130)를 회전시키는 모터(120), 입력기어에 의해 회전되고 복수의 제1플래닛기어(152)와 제1링기어(154)를 구비하는 제1유성기어(150), 복수의 제1플래닛기어의 회전축에 결합되어 제1와이어(50)를 권취하는 제1출력단릴(160), 입력기어에 의해 회전되고 복수의 제2플래닛기어(182)와 제2링기어(184)를 구비하는 제2유성기어(180), 및 제2링기어에 결합되어 제2와이어(60)를 권취하는 제2출력단릴(170)을 포함할 수 있다.
하우징은 구동기(100)의 상반부를 수용하는 제1하우징(110)과, 구동기(100)의 하반부를 수용하는 제3하우징(190)과, 제1하우징(110)과 제3하우징(190) 사이에 배치되는 제2하우징(140)을 포함할 수 있다. 제1하우징(110)과 제2하우징(140)과 제3하우징(190)은 그 테두리부들이 복수의 나사에 의해 체결될 수 있다. 제3하우징(190)은 원주면에 와이어들이 통과하는 복수의 관통공이 형성될 수 있다.
입력기어(130)의 일단은 제1하우징(110)에 회전가능하게 장착되고, 입력기어(130)의 타단은 제3하우징(190)에 회전가능하게 장착될 수 있다. 입력기어(130)는 제1유성기어(150)와 제2유성기어(180)를 회전시키는 공통의 선기어(sun gear)가 될 수 있다.
모터(120)는 제1하우징(110) 내부에 장착되어 입력기어(130)를 회전시킬 수 있다. 모터(120)는 로터(122)가 스테이터(124)의 외측에 배치되는 아우터 로터 타입 모터인 것이 바람직하다. 로터(122)는 스테이터(124)의 외측에 배치되는 링 형태를 가지지만, 중심부에 입력기어(130)가 통과하는 허브를 구비하여 이 허브에 입력기어(130)가 결합될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1유성기어(150)는 제2하우징(140)의 내주면에 장착될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제1유성기어(150)는 입력기어(130)에 의해 회전되는 복수의 제1플래닛기어(152)와 제1링기어(154)를 구비할 수 있다. 제1플래닛기어(152)는 3개로 구성된 것이 도시되어 있으나, 4개로 구성될 수도 있다. 제1링기어(154)는 제2하우징(140)의 내주면에 회전되지 않고 고정되도록 장착될 수 있다.
제1출력단릴(160)은 복수의 제1플래닛기어(152)의 회전축에 결합되어 제1와이어(50)를 권취할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제1출력단릴(160)은 제3하우징(190)의 내주면에 회전가능하게 장착될 수 있다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제1출력단릴(160)은 복수의 제1플래닛기어(152)의 회전축에 삽입되는 복수의 제1플래닛기어삽입베어링(162)과 와셔(164)에 의해 복수의 제1플래닛기어(152)의 회전축에 함께 회전하도록 결합될 수 있다. 또한, 제1출력단릴(160)의 일측 내주면은 제2출력단릴(170)의 일측 외주면에 제3베어링(166)에 의해 상대적으로 회전가능하게 장착될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제2유성기어(180)는 제1출력단릴(160)의 아래에, 제2출력단릴(170)의 내주면에 장착될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제2유성기어(180)는 입력기어(130)에 의해 회전되는 복수의 제2플래닛기어(182)와 제2링기어(184)를 구비할 수 있다. 복수의 제2플래닛기어(182)의 각 회전축은 제3하우징(190)에 체결되어 있어서, 각 제2플래닛기어(182)는 회전되지만 그 회전축의 위치는 변하지 않고 고정될 수 있다. 제2링기어(184)는 제2출력단릴(170)의 내주면에 결합되어 있어서, 제2링기어(184)와 제2출력단릴(170)이 함께 회전될 수 있다.
제2출력단릴(170)은 제2링기어(184)가 내주면에 결합되어 함께 회전되면서 제2와이어(60)를 권취할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제2출력단릴(170)은 제3하우징(190)의 내주면에 회전가능하게 장착될 수 있다.
도 7은 입력기어에 의해 회전되는 제1유성기어와 제2유성기어의 회전방향을 나타내는 평면도이고, 도 8은 제1유성기어와 제2유성기어의 회전 각도를 나타내는 평면도이다.
제1출력단릴(160)과 제2출력단릴(170)은 서로 반대방향으로, 서로 동일한 회전각도로 회전되는 것이 바람직하다.
제1출력단릴(160)과 제2출력단릴(170)이 서로 반대방향으로 회전되는 것은, 제1유성기어(150)에서 제1링기어(154)를 고정하되 복수의 제1플래닛기어(152)의 회전축들을 제1출력단릴(160)에 연결하고, 제2유성기어(180)에서 복수의 제2플래닛기어(182)의 회전축들을 하우징에 고정하되 제2링기어(184)를 제2출력단릴(170)의 내주면에 결합함으로써 달성될 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 하나의 입력기어(130)가 복수의 제1플래닛기어(152)와 복수의 제2플래닛기어(182)를 동일한 반시계방향으로 회전시키지만, 복수의 제1플래닛기어(152)의 회전축은 시계방향으로 회전되고 제2링기어(184)는 반시계방향으로 회전될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 제1유성기어(150)에서 복수의 제1플래닛기어(152)의 회전축들은 입력기어(130)에 의해 소정 각도(θ)만큼 회전될 때, 제2유성기어(180)에서 제2링기어(184)도 입력기어(130)에 의해 동일한 회전 각도(θ)만큼 회전될 수 있다. 이렇게 제1플래닛기어(152)의 회전축의 회전각도와 제2링기어(184)의 회전각도가 동일하게 되는 조건은 아래 수학식 1과 같다.
Figure 112021094471002-pat00001
여기서, Zns는 n단 선기어의 잇수이고, Znr은 n단 링기어의 잇수이다.
이때, 1단 선기어와 2단 선기어는 동일한 입력기어(130)를 공유하므로, Z1s와 Z2s는 동일하며 다음과 같은 수학식 2로 정리될 수 있다.
Figure 112021094471002-pat00002
예를 들면, 유성기어가 6:1의 기어비를 가질 경우, 입력기어(130) 잇수는 20개, 제1링기어(154) 잇수는 100개, 제2링기어(184) 잇수는 120개일 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 구동기(100)는 입력기어(130) 잇수와 제1링기어(154) 잇수의 합을 제2링기어(184) 잇수와 동일하게 구성함으로써, 단일 모터를 사용하더라도 동시에 서로 다른 방향 및 다른 속도의 힘 전달이 가능하고 구동 성능을 극대화할 수 있다.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 하우징은 모터(120)를 수용하고 입력기어(130)가 장착되는 제1하우징(110)과, 제1하우징에 결합되고 외측에 스테이터(124)가 배치되며 내측에 제1유성기어(150)가 장착되는 제2하우징(140)과, 제2하우징에 결합되고 제1출력단릴(160)과 제2유성기어(180)와 제2출력단릴(170)이 장착되는 제3하우징(190)을 포함할 수 있다.
제1하우징(110)의 내주부에는 스테이터(124)가 배치되고, 스테이터(124)에 결합된 입력기어(130)가 제1베어링(112)에 의해 제1하우징(110)의 중심부에 회전가능하게 장착될 수 있다.
제2하우징(140)은 제1하우징(110)과 제3하우징(190) 사이에 테두리부들끼리 복수의 볼트 및 너트에 의해 체결되어 결합될 수 있다. 제2하우징(140)의 내주부에 제1유성기어(150)의 제1링기어(154)가 결합되어 고정될 수 있다. 제2하우징(140)의 외주부와 제1하우징(110)의 내주부 사이에는 스테이터(124)와 로터(122)가 장착될 수 있다.
제3하우징(190)의 내주부에는 제1출력단릴(160)과 제2출력단릴(170)이 순서대로 장착되고, 제2출력단릴(170)의 내주면에 제2유성기어(180)의 제2링기어(184)가 결합될 수 있다.
입력기어(130)는 로터(122)에 체결되는 입력축모터결합부(134)에 장착되어 로터(122)와 함께 회전될 수 있다. 입력축모터결합부(134)는 내주면에 입력기어(130)의 일단부가 결합되고, 로터(122)의 중심 주위에 형성된 복수의 관통공에 삽입되는 복수의 돌기를 구비할 수 있다. 입력축모터결합부(134)는 일측 외주면에 제1베어링(112)이 장착되고 이 제1베어링(112)이 제1하우징(110)에 장착됨으로써, 입력기어(130)가 제1하우징(110)에 회전가능하게 장착될 수 있다. 또한, 로터(122)가 회전되면 그 회전력은 입력축모터결합부(134)를 통해 입력기어(130)로 전달될 수 있다. 그러면, 입력기어(130)는 제1유성기어(150)와 제2유성기어(180)를 동시에 회전시킬 수 있다.
입력축모터결합부(134)의 일측에는 각도센서(132)가 장착될 수 있다. 각도센서(132)는 입력축모터결합부(134)의 일측면 중심부에 형성된 홈에 삽입되어 모터(120) 및 입력기어(130)의 회전각도를 감지할 수 있다.
제2하우징(140)은 내측에 제1유성기어(150)를 지지하는 제2베어링(144)과, 제2베어링의 내측에 배치되는 유성기어커버(142)를 포함할 수 있다. 제2베어링(144)은 제2하우징(140)의 내주면에 볼 베어링 형태로 구비되어 고정된 제2하우징(140)의 내주면에 유성기어커버(142)를 회전가능하게 지지할 수 있다. 유성기어커버(142)는 제1유성기어(150)의 복수의 제1플래닛기어(152)의 회전축을 통해 제1출력단릴(160)에 연결되어 제1출력단릴(160)과 함께 회전될 수 있다.
제1유성기어(150)의 복수의 제1플래닛기어(152)의 회전축에는 각각 제1플래닛기어삽입베어링(162)이 결합되어 제1출력단릴(160)에 장착될 수 있다. 복수의 제1플래닛기어삽입베어링(162)은 제1출력단릴(160)에 형성된 복수의 장착공에 장착될 수 있다. 유성기어커버(142)의 일측면에는 복수의 제1플래닛기어(152)의 회전축을 통과하는 복수의 축돌기가 형성되고, 이 복수의 축돌기가 제1플래닛기어삽입베어링(162)에 삽입되며, 각각 제1출력단릴(160)의 복수의 장착공에 나사에 의해 체결되어 회전가능하게 장착될 수 있다. 각 제1플래닛기어삽입베어링(162)의 일측에는 와셔(164)가 구비될 수 있다.
제2유성기어(180)의 제2링기어(184)는 제2출력단릴(170)의 내주면에 결합되어 제2출력단릴(170)을 회전시킬 수 있다. 제2유성기어(180)의 제2링기어(184)의 외주면에는 복수의 돌기가 반경방향 외측으로 형성되고, 제2출력단릴(170)의 내주면에는 이에 대응하는 복수의 홈이 형성될 수 있다. 그래서, 제2유성기어(180)의 제2링기어(184)가 회전되면 제2출력단릴(170)이 함께 회전되어 제2출력단릴(170)에 권취된 제2와이어(60)를 당길 수 있다.
제2유성기어(180)의 복수의 제2플래닛기어(182)의 회전축에는 각각 제2플래닛기어삽입베어링(172)이 결합되어 제3하우징(190)에 결합될 수 있다. 제2유성기어(180)의 복수의 제2플래닛기어(182)는 제3하우징(190)에 각각 회전가능하게 장착될 수 있다. 이를 위해, 제2유성기어(180)의 복수의 제2플래닛기어(182)의 회전축에는 각각 제2플래닛기어삽입베어링(172)이 삽입되고, 각 제2플래닛기어삽입베어링(172)이 제3하우징(190)에 형성된 체결공에 나사에 의해 체결될 수 있다. 그래서, 복수의 제2플래닛기어(182)는 그 회전축의 위치가 고정된 상태로 입력기어(130)에 의해 회전되어 제2링기어(184)를 회전시킬 수 있다.
제2유성기어(180)와 제3하우징(190) 사이에는 중심부에 입력기어(130)를 지지하는 제4베어링(192)과, 제2링기어(184)를 지지하는 제5베어링(194)을 더 포함할 수 있다.
제3하우징(190)의 중심에는 제4베어링(192)이 장착되는 축공이 관통형성될 수 있다. 그래서, 입력기어(130)는 제1하우징(110)의 제1베어링(112)과 제3하우징(190)의 제4베어링(192)에 회전가능하게 장착될 수 있다.
제5베어링(194)은 링 형태로 형성되어 제2유성기어(180)의 제2링기어(184)의 일측면과 제3하우징(190)의 내측면 사이에 장착될 수 있다. 아울러, 제2링기어(184)와 제5베어링(194) 사이에는 얇은 링 형태의 스페이서(174)가 장착될 수 있다. 스페이서(174)는 제2링기어(184)와 제5베어링(194)의 외측 모서리 사이에서 그 간격을 조절하며 밀봉할 수 있다.
본 발명의 양방향 고유감각 구동기는 아우터 로터 타입의 모터를 사용하여 같은 부피에서 이너 로터 타입 모터보다 우수한 토크 성능을 확보할 수 있고, 하우징 내부의 비어 있는 공간에 플래닛기어, 링기어, 베어링 등 다양한 부품들을 배치하여 구동기 시스템을 구성한다. 따라서 더욱 컴팩트한 사이즈에 10:1 이하의 기어비가 적용된 양방향 구동기를 구성할 수 있다. 예를 들어, 100pi 기준 10Nm 이상(기어비 6:1 기준, 약 25kg 보조력)의 토크를 낼 수 있고, 4.5cm의 두께를 가지며, 약 700g 중량의 구동기를 구성할 수 있다. 따라서 최대 20kg 하중의 보조력이 필요한 (농작업용) 웨어러블 로봇의 경량형, 고토크, 컴팩트한 구동기를 설계할 수 있다.
본 발명의 양방향 고유감각 구동기는 10:1 이하의 기어비가 적용되어 있기 때문에 기존의 구동기에 비해 모터의 입력단에서 느낄 수 있는 외력의 힘의 비가 크다. 자세히 설명하면, 기존의 구동기는 높은 감속비(30:1~100:1)가 적용되어 입력단에서 느껴지는 외력에 의한 힘(토크)이 작아 전류 기반의 정밀한 힘(토크) 센싱 및 제어가 어렵다. 하지만 본 발명의 구동기는 낮은 감속비(10:1 이하)가 적용되어 외력에 의한 힘에 대해 더욱 정밀하게 센싱하고 제어할 수 있다. 이는 고유 감각 구동기의 특징이다. 따라서 힘 센싱을 위한 별도의 센서가 필요없어 전체 시스템의 무게, 단가를 낮추고 구조를 단순화할 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
10: 웨어러블 슈트
50: 제1와이어 60: 제2와이어
100: 양방향 고유감각 구동기
110: 제1하우징 112: 제1베어링
120: 모터
122: 로터 124: 스테이터
130: 입력기어
132: 각도센서 134: 입력축모터결합부
140: 제2하우징
142: 유성기어커버 144: 제2베어링
150: 제1유성기어
152: 제1플래닛기어 154: 제1링기어
160: 제1출력단릴 162: 제1플래닛기어삽입베어링
164: 와셔 166: 제3베어링
170: 제2출력단릴
172: 제2플래닛기어삽입베어링 174: 스페이서
180: 제2유성기어
182: 제2플래닛기어 184: 제2링기어
190: 제3하우징
192: 제4베어링 194: 제5베어링

Claims (11)

  1. 하우징 내부에 장착되어 입력기어를 회전시키는 모터;
    상기 입력기어에 의해 회전되고 복수의 제1플래닛기어와 제1링기어를 구비하는 제1유성기어;
    상기 복수의 제1플래닛기어의 회전축에 결합되어 제1와이어를 권취하는 제1출력단릴;
    상기 입력기어에 의해 회전되고 복수의 제2플래닛기어와 제2링기어를 구비하는 제2유성기어; 및
    상기 제2링기어에 결합되어 제2와이어를 권취하는 제2출력단릴을 포함하고,
    상기 모터는 로터가 링 형태를 가지고 스테이터의 외측에 배치되는 아우터 로터 타입 모터이며,
    상기 하우징은
    상기 모터를 수용하고 상기 입력기어가 장착되는 제1하우징과,
    상기 제1하우징에 결합되고 외측에 상기 스테이터가 배치되며 내측에 상기 제1유성기어가 장착되는 제2하우징과,
    상기 제2하우징에 결합되고 상기 제1출력단릴과 상기 제2유성기어와 상기 제2출력단릴이 장착되는 제3하우징을 포함하고,
    상기 제2하우징은 내측에 상기 제1유성기어를 지지하는 제2베어링과, 상기 제2베어링의 내측에 배치되는 유성기어커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 고유감각 구동기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1출력단릴과 상기 제2출력단릴은 서로 반대방향으로, 서로 동일한 회전각도로 회전되는 것을 특징으로 하는 양방향 고유감각 구동기.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 입력기어는 상기 로터에 체결되는 입력축모터결합부에 장착되어 상기 로터와 함께 회전되는 것을 특징으로 하는 양방향 고유감각 구동기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 입력축모터결합부는 일측에 각도센서를 구비하고,
    상기 제1하우징에 장착되는 제1베어링에 의해 상기 제1하우징에 회전가능하게 지지되는 것을 특징으로 하는 양방향 고유감각 구동기.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1유성기어의 복수의 제1플래닛기어의 회전축에는 각각 제1플래닛기어삽입베어링이 결합되어 상기 제1출력단릴에 장착되는 것을 특징으로 하는 양방향 고유감각 구동기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2유성기어의 제2링기어는 상기 제2출력단릴의 내주면에 결합되어 상기 제2출력단릴을 회전시키는 것을 특징으로 하는 양방향 고유감각 구동기.
  10. 하우징 내부에 장착되어 입력기어를 회전시키는 모터;
    상기 입력기어에 의해 회전되고 복수의 제1플래닛기어와 제1링기어를 구비하는 제1유성기어;
    상기 복수의 제1플래닛기어의 회전축에 결합되어 제1와이어를 권취하는 제1출력단릴;
    상기 입력기어에 의해 회전되고 복수의 제2플래닛기어와 제2링기어를 구비하는 제2유성기어; 및
    상기 제2링기어에 결합되어 제2와이어를 권취하는 제2출력단릴을 포함하고,
    상기 모터는 로터가 링 형태를 가지고 스테이터의 외측에 배치되는 아우터 로터 타입 모터이고,
    상기 하우징은
    상기 모터를 수용하고 상기 입력기어가 장착되는 제1하우징과,
    상기 제1하우징에 결합되고 외측에 상기 스테이터가 배치되며 내측에 상기 제1유성기어가 장착되는 제2하우징과,
    상기 제2하우징에 결합되고 상기 제1출력단릴과 상기 제2유성기어와 상기 제2출력단릴이 장착되는 제3하우징을 포함하며,
    상기 제2유성기어의 제2링기어는 상기 제2출력단릴의 내주면에 결합되어 상기 제2출력단릴을 회전시키고,
    상기 제2유성기어의 복수의 제2플래닛기어의 회전축에는 각각 제2플래닛기어삽입베어링이 결합되어 상기 제3하우징에 결합되는 것을 특징으로 하는 양방향 고유감각 구동기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2유성기어와 상기 제3하우징 사이에는 중심부에 상기 입력기어를 지지하는 제4베어링과 상기 제2링기어를 지지하는 제5베어링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 고유감각 구동기.
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