KR102570620B1 - 회전 액추에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전 액추에이터에 관한 것으로, 제1바디와, 제1바디와 마주보게 배치되는 제2바디와, 나선형으로 팽창 또는 수축되며 회전력을 발생시키는 구동부와, 구동부로부터 발생되는 회전력을 제1바디와 제2바디로 전달하여 제1바디와 제2바디를 상대 회전시키는 클램핑부와, 제1바디와 제2바디의 상대 회전에 연동되어 회전하는 샤프트부 및 샤프트부의 회전을 일방향으로 단속하는 클러치부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

회전 액추에이터{ROTARY ACTUATOR}

본 발명은 회전 액추에이터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유체의 공급 유무에 따라 형상이 변형되면서 대상물의 일방향 회전을 유도하는 회전 액추에이터에 관한 것이다.

일반적으로 공압 인공 근육(Pneuamtic Artificial Muscle)은 직선 운동에 특화되어 있다. 공압 인공 근육을 사용하여 회전 운동을 만들어내기 위해서는 통상적으로 길항근(antagonistic) 배열을 사용하지만, 공압 인공 근육을 서로 연결하기 위해 쓰는 줄의 비선형성과 공간과 환경 등의 제약으로 실제 산업에서 쓰이기에 적절치 않다. 또한, 기존 공압 근육의 격자 무늬로 배열된 메쉬(mesh)를 한 방향의 사선 무늬로만 배치하여 회전 가능하도록 만든 공압 근육이 있다.

그러나, 종래의 액추에이터는 유체가 공급되면 유연체의 형상이 변형되면서 일방향으로 회전력을 제공하고, 유체가 제거되면 유연체가 원상 복귀되면서 타방향으로 회전력을 제공한다. 이로 인해 대상물을 일방향으로만 회전시키기 어렵다는 문제점이 있다. 따라서, 이를 개선할 필요성이 요청된다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-1639520호(2016.07.07 등록, 발명의 명칭: 공압식 인공근육 구동기)에 개시되어 있다.

본 발명은 유체의 공급 유무에 따라 형상이 변형되면서 대상물의 일방향 회전을 유도하는 회전 액추에이터를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 회전 액추에이터는: 제1바디; 상기 제1바디와 마주보게 배치되는 제2바디; 나선형으로 팽창 또는 수축되며 회전력을 발생시키는 구동부; 상기 구동부로부터 발생되는 회전력을 상기 제1바디와 상기 제2바디로 전달하여 상기 제1바디와 상기 제2바디를 상대 회전시키는 클램핑부; 상기 제1바디와 상기 제2바디의 상대 회전에 연동되어 회전하는 샤프트부; 및 상기 샤프트부의 회전을 일방향으로 단속하는 클러치부;를 포함한다.

또한, 상기 구동부는, 상기 제1바디와 상기 제2바디를 감싸도록 배치되는 유연챔버부; 상기 유연챔버부의 내부로 유체를 주입하여 상기 유연챔버부를 팽창 또는 수축시키는 공급부; 및 상기 유연챔버부에 나선형을 이루도록 설치되고, 상기 유연챔버부가 팽창 또는 수축됨에 따라 유연챔버부를 회전시키는 하나 이상의 섬유부;를 포함한다.

또한, 상기 유연챔버부는, 제1유연챔버부; 및 상기 제1유연챔버부보다 높은 강성을 갖는 재질로 형성되는 제2유연챔버부;를 포함한다.

또한, 상기 제2유연챔버부는 상기 제1유연챔버부의 둘레면을 따라 링 형태로 배치된다.

또한, 상기 제2유연챔버부는 상기 제1바디 및 상기 제2바디와 동축상에 배치된다.

또한, 상기 구동부는 상기 제2유연챔버부로부터 연장되고, 상기 제1유연챔버부의 내부 공간과 연통되며, 내부로 상기 공급부가 삽입되는 삽입부;를 더 포함한다.

또한, 상기 삽입부는 내측면이 상기 공급부의 외측면에 밀착된다.

또한, 상기 클램핑부는, 상기 제1바디에 구비되고, 상기 유연챔버부의 일측을 상기 제1바디에 고정시키는 제1클램핑부; 및 상기 제2바디에 구비되고, 상기 유연챔버부의 타측을 상기 제2바디에 고정시키는 제2클램핑부;를 포함한다.

또한, 상기 제1클램핑부는, 상기 제1바디의 내측으로 오목하게 함몰 형성되고, 내부로 상기 유연챔버부의 일측이 삽입되는 제1클램핑홈부; 상기 제1클램핑홈부의 일면으로부터 돌출되고, 상기 유연챔버부의 내측면을 가압하는 제1내측클램핑부재; 및 상기 제1클램핑홈부의 타면으로부터 돌출되고, 상기 유연챔버부의 외측면을 가압하는 제1외측클램핑부재;를 포함한다.

또한, 상기 제1내측클램핑부재와 상기 제1외측클램핑부재는 복수개로 구비되고, 각각의 상기 제1내측클램핑부재와 상기 제1외측클램핑부재는 서로 어긋나게 배치된다.

또한, 상기 클러치부는, 상기 제2바디가 상기 제1바디에 대해 일방향으로 상대 회전됨에 따라 상기 제1바디와 상기 샤프트부간의 회전력의 전달을 허용하는 제1클러치부; 및 상기 제2바디가 상기 제1바디에 대해 타방향으로 상대 회전됨에 따라 상기 제2바디와 상기 샤프트부간의 회전력의 전달을 허용하는 제2클러치부;를 포함한다.

또한, 상기 제1클러치부는, 상기 제1바디와 상기 샤프트부의 사이에 배치되고, 상기 제1바디와 상기 샤프트부간의 회전력의 전달을 일방향으로만 허용하는 제1클러치베어링; 및 상기 제1클러치베어링과 이격되게 배치되고, 상기 제1바디에 대해 샤프트부를 회전 가능하게 지지하는 제1베어링; 및 상기 제1클러치베어링과 상기 제1베어링의 사이에 배치되고, 상기 제1클러치베어링이 상기 샤프트부의 축 방향으로 유동되는 것을 방지하는 제1스페이서;를 포함한다.

본 발명에 따른 회전 액추에이터는 유연챔버부가 서로 다른 강성을 갖는 제1유연챔버부와 제2유연챔버부로 구성됨에 따라 지름 방향으로의 팽창으로 소실되는 에너지를 회전 에너지로 전환시켜 후술하는 동일 압력 대비 회전 및 토크 효율을 증가시킬 수 있고, 상용 센서의 적용이 용이하다.

또한, 본 발명에 따른 회전 액추에이터는 제1클램프부와 제2클램프부에 의해 유연챔버부의 표면을 모든 방향에서 균일하게 가압함으로써 유연챔버부가 어느 한 방향으로 비틀리거나 미끄러지는 현상을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 회전 액추에이터는 공급부가 제2유연챔버부의 반경 방향 외측으로 연장되는 중공형의 막대 형상을 갖는 삽입부의 내부로 삽입되고, 삽입부는 자체적인 탄성 복원력에 의해 공급부에 밀착됨에 따라 유체가 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 회전 액추에이터는 제1스페이서 및 제2스페이서에 의해 제1클러치베이렁 및 제2클러치베어링이 샤프트부의 축 방향으로 가해지는 하중에 의해 변형 또는 파손되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 액추에이터의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 액추에이터의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 구동부의 구성을 개략적으로 나타내는 확대도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1클램핑부의 구성을 개략적으로 나타내는 확대도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1클램핑부의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2클램핑부의 구성을 개략적으로 나타내는 확대도이다.
도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2클램핑부의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1클러치부의 구성을 개략적으로 나타내는 확대도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2클러치부의 구성을 개략적으로 나타내는 확대도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 회전 액추에이터의 실시예를 설명한다.

이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

또한, 본 명세서에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(또는 접속)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결(또는 접속)"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결(또는 접속)"되어 있는 경우도 포함한다. 본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(또는 구비)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 "포함(또는 구비)"할 수 있다는 것을 의미한다.

또한, 본 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지칭할 수 있다. 동일한 참조 부호 또는 유사한 참조 부호들은 특정 도면에서 언급 또는 설명되지 않았더라도, 그 부호들은 다른 도면을 토대로 설명될 수 있다. 또한, 특정 도면에 참조 부호가 표시되지 않은 부분이 있더라도, 그 부분은 다른 도면들을 토대로 설명될 수 있다. 또한, 본 출원의 도면들에 포함된 세부 구성요소들의 개수, 형상, 크기 및 크기의 상대적인 차이 등은 이해의 편의를 위해 설정된 것으로서, 실시예들을 제한하지 않으며 다양한 형태로 구현될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 액추에이터의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 액추에이터의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.

도 1, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 액추에이터(1)는 제1바디(100), 제2바디(200), 구동부(300), 클램핑부(400), 샤프트부(500), 클러치부(600)를 포함한다.

제1바디(100)는 후술하는 구동부(300)의 동작 시 회전하지 않고 고정되는 고정 요소로서 기능한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제1바디(100)는 내부가 비어있고, 상단부가 개구된 중공형의 통 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 제1바디(100)의 하단부는 볼팅, 용접 등에 의해 고정물에 일체로 고정될 수 있다.

제2바디(200)는 제1바디(100)와 마주보게 배치되고, 후술하는 구동부(300)의 동작 시 제1바디(100)에 대해 상대 회전되는 회전 요소로서 기능한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제2바디(200)는 내부가 비어있고, 상하 양단부가 개구된 중공형의 통 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 제2바디(200)는 제1바디(100)로부터 상방으로 소정 간격 이격된 위치에서 제1바디(100)와 상호 마주보게 배치된다. 제1바디(100)와 제2바디(200)는 중심축이 서로 일치되도록 동축상에 배치된다.

구동부(300)는 제1바디(100) 및 제2바디(200)에 장착되고, 나선형으로 팽창 또는 수축되며 회전력을 발생시킨다. 구동부(300)는 팽창 또는 수축에 의해 발생되는 회전력에 의해 제1바디(100)와 제2바디(200)를 상대 회전시킨다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 구동부의 구성을 개략적으로 나타내는 확대도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 구동부(300)는 유연챔버부(310), 삽입부(320), 공급부(330), 섬유부(340)를 포함한다.

유연챔버부(310)는 제1바디(100)와 제2바디(200)를 감싸도록 배치되고, 내부의 압력 변화에 따라 팽창 또는 수축된다. 유연챔버부(310)는 압력에 의해 탄성적으로 팽창될 수 있는 엘라스토머(elastomer)로 형성된다. 유연챔버부(310)는 폴리디메틸실록산(PDMS: polydimethylsiloxane), 실리콘, 아미드 또는 나일론 등을 적어도 하나 이상 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 유연챔버부(310)는 제1유연챔버부(311), 제2유연챔버부(312)를 포함한다.

제1유연챔버부(311)는 유연챔버부(310)의 일부 외관을 형성하고, 제1바디(100) 및 제2바디(200)와 연결된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제1유연챔버부(311)는 상단부 및 하단부로 향할수록 직경이 점진적으로 감소하는 회전체의 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 제1유연챔버부(311)는 내부로 공기 등과 같은 유체가 주입될 수 있도록 내부가 비어있게 형성된다. 제1유연챔버부(311)의 상단부와 하단부는 개구되어 있도록 형성된다. 제1유연챔버부(311)는 내측면이 제1바디(100) 및 제2바디(200)를 감싸도록 배치된 상태에서 중심축이 제1바디(100) 및 제2바디(200)의 중심축과 일치되도록 제1바디(100) 및 제2바디(200)와 동축상에 배치된다. 제1유연챔버부(311)의 개구된 상단부와 하단부는 각각 후술하는 클램핑부(400)를 매개로 제1바디(100) 및 제2바디(200)에 고정된다.

제2유연챔버부(312)는 유연챔버부(310)의 나머지 외관을 형성하고, 후술하는 삽입부(320)를 지지한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제2유연챔버부(312)는 제1유연챔버부(311)의 둘레면을 따라 링 형태로 배치되고, 제1바디(100) 및 제2바디(200)와 동축상에 배치될 수 있다. 즉, 제2유연챔버부(312)는 제1유연챔버부(311)의 전체 둘레면 중, 가장 큰 직경을 갖는 둘레면을 따라 연장되는 띠 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 제2유연챔버부(312)는 제1유연챔버부(311)보다 높은 강성을 갖는 재질로 형성된다. 즉, 제2유연챔버부(312)는 동일한 압력 조건에서 제1유연챔버부(311)보다 작은 변형률로 변형되는 재질로 형성된다. 이에 따라 제2유연챔버부(312)는 유연챔버부(310)의 지름 방향 변형을 일부 제한함으로써 유연챔버부(310)의 지름 방향으로의 팽창으로 소실되는 에너지를 유연챔버부(310)의 회전 에너지로 전환시켜 후술하는 동일 압력 대비 액추에이터의 회전 및 토크 효율을 증가시킬 수 있고, 유연챔버부(310)의 변형률을 측정하기 위한 상용 센서의 적용이 가능하게 할 수 있다.

삽입부(320)는 제2유연챔버부(312)로부터 연장되고, 유연챔버부(310)와 후술하는 공급부(330)를 상호 연결시킨다. 본 발명의 일 실시예에 따른 삽입부(320)는 제2유연챔버부(312)로부터 제2유연챔버부(312)의 반경 방향 외측으로 연장되는 중공형의 막대 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 삽입부(320)의 일단부는 유연챔버부(310)의 내부 공간과 연통된다. 삽입부(320)의 타단부는 내부로 후술하는 공급부(330)가 삽입된다. 삽입부(320)는 제2유연챔버부(312)와 동일하게 탄성 변형 가능한 엘라스토머(elastomer) 재질로 형성될 수 있다.

공급부(330)는 유연챔버부(310)의 내부로 유체를 주입하여 유연챔버부(310)를 팽창 또는 수축시킨다. 본 발명의 일 실시예에 따른 공급부(330)는 내부가 비어있는 중공형의 관의 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 공급부(330)는 일단이 삽입부(320)의 내부로 삽입된다. 공급부(330)의 일단은 삽입부(320)를 통해 유연챔버부(310)의 내부와 연통된다. 공급부(330)가 삽입부(320)의 내부로 삽입됨에 따라 삽입부(320)는 자체적인 탄성 복원력에 의해 내측면이 공급부(330)의 외측면에 밀착된다. 이에 따라 삽입부(320)는 공급부(330)로부터 주입되는 유체가 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다. 공급부(330)의 타단이 공압 펌프 등과 같은 유체 공급 수단(미도시)과 연결되어 유연챔버부(310)의 내부로 유체를 주입하거나 유연챔버부(310)의 내부로부터 유체를 흡입한다.

섬유부(340)는 유연챔버부(310)가 팽창 또는 수축됨에 따라 유연챔버부(310)를 회전시킨다. 본 발명의 일 실시예에 따른 섬유부(140)는 탄소섬유, 그래핀, 탄소나노튜브 및 탄소 중 적어도 하나 이상을 포함하는 띠의 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 섬유부(340)는 복수개로 구비될 수 있다. 복수개의 섬유부(340)는 유연챔버부(310)의 표면에 방사상으로 나선형을 이루도록 설치된다. 섬유부(340)의 강성이 유연챔버부(310)의 강성보다 크게 형성된다.

복수개의 섬유부(340)가 유연챔버부(310)를 나선형으로 지지하므로, 유연챔버부(310)는 팽창 또는 수축 시 중심축을 축으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전될 수 있다. 보다 구체적으로, 섬유부(340)의 강성이 유연챔버부(310)의 강성보다 크게 형성됨에 따라, 섬유부(340)의 접선 방향으로는 유연챔버부(310)가 거의 변형하지 않는다고 할 수 있으므로 섬유부(340)는 유연챔버부(310)의 변형 제한 요소로 작용한다. 따라서 유연챔버부(310)는 팽창 또는 수축에 의한 변형 시 지름 방향에 대해 소정의 각도를 가지며 비등방성으로 전단 변형 되고, 이에 따라 유연챔버부(310)는 중심축을 축으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전되게 된다. 일 예로, 도 1을 기준으로 유연챔버부(310)의 팽창 시 섬유부(340)는 유연챔버부(310)를 시계 방향으로 회전시키고, 유연챔버부(310)의 수축 시 섬유부(340)는 유연챔버부(310)를 반시계 방향으로 회전시킬 수 있다. 한편, 후술하는 바와 같이 유연챔버부(310)의 하단부는 회전하지 않도록 고정된 제1바디(100)에 고정됨에 따라, 유연챔버부(310)는 팽창 또는 수축 시 상단부가 하단부를 축으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전될 수 있다.

클램핑부(400)는 구동부(300)로부터 발생되는 회전력을 제1바디(100)와 제2바디(200)로 전달하여 구동부(300)의 동작 시 제1바디(100)와 제2바디(200)를 상대 회전시킨다.

본 발명의 일 실시예에 따른 클램핑부(400)는 제1클램핑부(410), 제2클램핑부(420)를 포함한다.

제1클램핑부(410)는 제1바디(100)에 구비되고, 유연챔버부(310)의 일측을 제1바디(100)에 고정시킨다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1클램핑부의 구성을 개략적으로 나타내는 확대도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1클램핑부의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.

도 4, 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1클램핑부(410)는 제1클램핑홈부(411), 제1내측클램핑부재(412), 제1외측클램핑부재(413)를 포함한다.

제1클램핑홈부(411)는 제1바디(100)의 하단부 외주면으로부터 제1바디(100)의 반경 방향 내측으로 오목하게 함몰 형성되는 홈의 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 제1클램핑홈부(411)는 대략 링의 형태를 이루도록 제1바디(100)의 둘레면을 따라 연장될 수 있다. 제1클램핑홈부(411)는 내부로 유연챔버부(310), 보다 구체적으로 제1유연챔버부(311)의 개구된 하단부가 삽입된다. 제1클램핑홈부(411)의 상측면과 하측면은 각각 제1유연챔버부(311)의 내측면 및 외측면과 마주보게 배치된다.

제1내측클램핑부재(412)는 제1클램핑홈부(411)의 일면으로부터 돌출되고, 유연챔버부(310)의 내측면을 가압한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제1내측클램핑부재(412)는 제1클램핑홈부(411)의 상측면으로부터 하방으로 수직하게 돌출되는 돌기의 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 제1내측클램핑부재(412)는 제1유연챔버부(311)의 내측면에 접촉되어 제1유연챔버부(311)의 내측면을 하방으로 가압한다. 제1내측클램핑부재(412)는 제1유연챔버부(311)에 보다 큰 가압력을 가할 수 있도록 단부로 향할수록 폭이 좁아지게 형성될 수 있다. 제1내측클램핑부재(412)는 복수개로 구비될 수 있다. 제1내측클램핑부재(412)는 제1클램핑홈부(411)의 반경 방향 및 원주 방향을 따라 등간격으로 배열될 수 있다. 이에 따라 제1내측클램핑부재(412)는 제1유연챔버부(311)의 내측면을 모든 방향에서 균일하게 가압할 수 있어 제1유연챔버부(311)가 어느 한 방향으로 비틀리는 현상을 방지할 수 있다.

제1외측클램핑부재(413)는 제1클램핑홈부(411)의 타면으로부터 돌출되고, 유연챔버부(310)의 외측면을 가압한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제1외측클램핑부재(413)는 제1클램핑홈부(411)의 하측면으로부터 상방으로 수직하게 돌출되는 돌기의 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 제1외측클램핑부재(413)는 제1유연챔버부(311)의 외측면에 접촉되어 제1유연챔버부(311)의 외측면을 상방으로 가압한다. 제1외측클램핑부재(413)는 제1유연챔버부(311)에 보다 큰 가압력을 가할 수 있도록 단부로 향할수록 폭이 좁아지게 형성될 수 있다. 제1외측클램핑부재(413)는 복수개로 구비될 수 있다. 제1외측클램핑부재(413)는 제1클램핑홈부(411)의 반경 방향 및 원주 방향을 따라 등간격으로 배열될 수 있다. 이에 따라 제1외측클램핑부재(413)는 제1유연챔버부(311)의 외측면을 모든 방향에서 균일하게 가압할 수 있어 제1유연챔버부(311)가 어느 한 방향으로 비틀리는 현상을 방지할 수 있다.

각각의 제1내측클램핑부재(412)와 제1외측클램핑부재(413)는 서로 어긋나게 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 어느 하나의 제1내측클램핑부재(412)는 이웃하는 복수개의 제1외측클램핑부재(413)의 사이 공간과 마주보게 배치된다. 이에 따라 제1내측클램핑부재(412)와 제1외측클램핑부재(413)는 제1클램핑홈부(411)의 내부로 삽입된 제1유연챔버부(311)의 면적 전체에 걸쳐 가압력을 부가할 수 있다.

제2클램핑부(420)는 제2바디(200)에 구비되고, 유연챔버부(310)의 타측을 제2바디(200)에 고정시킨다. 제2클램핑부(420)는 유연챔버부(310)의 회전 시 발생되는 회전력을 제2바디(200)로 전달하여 제1바디(100)에 대해 제2바디(200)를 상대 회전시킨다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2클램핑부의 구성을 개략적으로 나타내는 확대도이고, 도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2클램핑부의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.

도 6, 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2클램핑부(420)는 제2클램핑홈부(421), 제2내측클램핑부재(422), 제2외측클램핑부재(423)를 포함한다.

제2클램핑홈부(421)는 제2바디(200)의 상단부 외주면으로부터 제2바디(200)의 반경 방향 내측으로 오목하게 함몰 형성되는 홈의 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 제2클램핑홈부(421)는 대략 링의 형태를 이루도록 제2바디(200)의 둘레면을 따라 연장될 수 있다. 제2클램핑홈부(421)는 내부로 유연챔버부(310), 보다 구체적으로 제1유연챔버부(311)의 개구된 상단부가 삽입된다. 제2클램핑홈부(421)의 하측면과 상측면은 각각 제1유연챔버부(311)의 내측면 및 외측면과 마주보게 배치된다.

제2내측클램핑부재(422)는 제2클램핑홈부(421)의 일면으로부터 돌출되고, 유연챔버부(310)의 내측면을 가압한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제2내측클램핑부재(422)는 제2클램핑홈부(421)의 하측면으로부터 상방으로 수직하게 돌출되는 돌기의 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 제2내측클램핑부재(422)는 제1유연챔버부(311)의 내측면에 접촉되어 제1유연챔버부(311)의 내측면을 상방으로 가압한다. 제2내측클램핑부재(422)는 제1유연챔버부(311)에 보다 큰 가압력을 가할 수 있도록 단부로 향할수록 폭이 좁아지게 형성될 수 있다. 제2내측클램핑부재(422)는 복수개로 구비될 수 있다. 제2내측클램핑부재(422)는 제2클램핑홈부(421)의 반경 방향 및 원주 방향을 따라 등간격으로 배열될 수 있다. 이에 따라 제2내측클램핑부재(422)는 제1유연챔버부(311)의 내측면을 모든 방향에서 균일하게 가압할 수 있어 제1유연챔버부(311)가 어느 한 방향으로 비틀리는 현상을 방지할 수 있다.

제2외측클램핑부재(423)는 제2클램핑홈부(421)의 타면으로부터 돌출되고, 유연챔버부(310)의 외측면을 가압한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제2외측클램핑부재(423)는 제2클램핑홈부(421)의 상측면으로부터 하방으로 수직하게 돌출되는 돌기의 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 제2외측클램핑부재(423)는 제1유연챔버부(311)의 외측면에 접촉되어 제1유연챔버부(311)의 외측면을 하방으로 가압한다. 제2외측클램핑부재(423)는 제1유연챔버부(311)에 보다 큰 가압력을 가할 수 있도록 단부로 향할수록 폭이 좁아지게 형성될 수 있다. 제2외측클램핑부재(423)는 복수개로 구비될 수 있다. 제2외측클램핑부재(423)는 제2클램핑홈부(421)의 반경 방향 및 원주 방향을 따라 등간격으로 배열될 수 있다. 이에 따라 제2외측클램핑부재(423)는 제1유연챔버부(311)의 외측면을 모든 방향에서 균일하게 가압할 수 있어 제1유연챔버부(311)가 어느 한 방향으로 비틀리는 현상을 방지할 수 있다.

각각의 제2내측클램핑부재(422)와 제2외측클램핑부재(423)는 서로 어긋나게 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 어느 하나의 제2내측클램핑부재(422)는 이웃하는 복수개의 제2외측클램핑부재(423)의 사이 공간과 마주보게 배치된다. 이에 따라 제2내측클램핑부재(422)와 제2외측클램핑부재(423)는 제2클램핑홈부(421)의 내부로 삽입된 제1유연챔버부(311)의 면적 전체에 걸쳐 가압력을 부가할 수 있다.

샤프트부(500)는 제1바디(100)와 제2바디(200)의 상대 회전에 연동되어 회전하며 회전력을 출력한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 샤프트부(500)는 대략 막대 형상을 갖도록 형성되어 제1바디(100) 및 제2바디(200)의 내부에 삽입된다. 샤프트부(500)는 중심축이 제1바디(100) 및 제2바디(200)의 중심축과 일치되도록 제1바디(100) 및 제2바디(200)와 동축상에 배치된다. 샤프트부(500)는 하단부가 제1바디(100)의 바닥면에 안착되고, 상단부가 제2바디(200)의 상방으로 돌출되어 외부로 노출될 수 있다. 샤프트부(500)는 후술하는 클러치부(600)를 매개로 제1바디(100) 및 제2바디(200)에 대해 회전 가능하게 지지되고, 제1바디(100)와 제2바디(200)의 상대 회전에 따라 발생되는 회전력을 전달받아 중심축을 축으로 회전된다. 샤프트부(500)는 단일 형태로 제작되거나 복수개가 조립될 수 있다.

클러치부(600)는 샤프트부(500)의 회전을 일방향으로 단속한다. 보다 구체적으로, 클러치부(600)는 제2바디(200)가 제1바디(100)에 대해 일방향으로 상대 회전되는 경우, 샤프트부(500)로 회전력이 전달되는 것을 차단하고, 제2바디(200)가 제1바디(100)에 대해 일방향과 반대 방향인 타방향으로 상대 회전되는 경우, 샤프트부(500)로 회전력이 전달되는 것을 허용한다. 이 경우, 타방향은 유연챔버부(310)의 수축 시 제2바디(200)가 제1바디(100)에 대해 상대 회전되는 방향으로, 도 1을 기준으로 반시계 방향인 것으로 예시될 수 있다. 또한, 일방향은 유연챔버부(310)의 팽창 시 제2바디(200)가 제1바디(100)에 대해 상대 회전되는 방향으로, 도 1을 기준으로 시계 방향인 것으로 예시될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 클러치부(600)는 제1클러치부(610), 제2클러치부(620)를 포함한다.

제1클러치부(610)는 제2바디(200)가 제1바디(100)에 대해 일방향으로 회전됨에 따라 제1바디(100)와 샤프트부(500)간의 회전력의 전달을 허용한다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1클러치부의 구성을 개략적으로 나타내는 확대도이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1클러치부(610)는 제1클러치베어링(611), 제1베어링(612), 제1스페이서(613)를 포함한다.

제1클러치베어링(611)은 제1바디(100)와 샤프트부(500)의 사이에 배치되고, 제1바디(100)와 샤프트부(500)간의 회전력의 전달을 일방향으로만 허용한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제1클러치베어링(611)은 내륜과 외륜이 각각 샤프트부(500)의 외주면 및 제1바디(100)의 내주면에 결합되는 다양한 종류의 원웨이 클러치베어링으로 예시될 수 있다. 제1클러치베어링(611)은 샤프트부(500)가 일방향 즉, 반시계 방향으로 회전되는 경우, 제1바디(100)와 샤프트부(500)를 일체로 연결시켜 샤프트부(500)가 제1바디(100)에 대해 독립적으로 회전되는 것을 제한한다. 또한, 제1클러치베어링(611)은 샤프트부(500)가 타방향 즉, 시계 방향으로 회전되는 경우, 제1바디(100)와 샤프트부(500)를 상호 분리시켜 샤프트부(500)가 제1바디(100)에 대해 독립적으로 회전되는 것을 허용한다.

제1베어링(612)은 제1클러치베어링(611)과 이격되게 배치되고, 제1바디(100)에 대해 샤프트부(500)를 회전 가능하게 지지한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제1베어링(612)은 내륜과 외륜이 각각 샤프트부(500)의 외주면 및 제1바디(100)의 내주면에 결합되는 다양한 종류의 레이디얼 베어링으로 예시될 수 있다. 제1베어링(612)은 샤프트부(500)의 축 방향을 따라 제1클러치베어링(611)과 상하로 이격되게 배치된다.

제1스페이서(613)는 제1클러치베어링(611)과 제1베어링(612)의 사이에 배치되고, 제1클러치베어링(611)이 샤프트부(500)의 축 방향으로 유동되는 것을 방지한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제1스페이서(613)는 대략 중공형의 링 형상을 갖도록 형성되어 제1클러치베어링(611)과 제1베어링(612)의 사이에 배치된다. 제1스페이서(613)는 하측면과 상측면이 각각 제1클러치베어링(611)의 상측면과 제1베어링(612)의 하측면에 접촉된다. 제1스페이서(613)는 제1클러치베어링(611)과 제1베어링(612)으로부터 가해지는 하중에 의한 변형이 방지될 수 있도록 금속, 합성 수지 등과 같은 높은 강성을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 이에 따라 제1스페이서(613)는 제1클러치베어링(611)이 샤프트부(500)의 축 방향으로 가해지는 외력에 의해 변형되거나 파손되는 것을 방지할 수 있다.

제2클러치부(620)는 제2바디(200)가 제1바디(100)에 대해 타방향으로 회전됨에 따라 제2바디(200)와 샤프트부(500)간의 회전력의 전달을 허용한다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2클러치부의 구성을 개략적으로 나타내는 확대도이다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2클러치부(620)는 제2클러치베어링(621), 제2베어링(622), 실링부(623), 제2스페이서(624)를 포함한다.

제2클러치베어링(621)은 제2바디(200)와 샤프트부(500)의 사이에 배치되고, 제1바디(100)와 샤프트부(500)간의 회전력의 전달을 타방향으로만 허용한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제2클러치베어링(621)은 내륜과 외륜이 각각 샤프트부(500)의 외주면 및 제2바디(200)의 내주면에 결합되는 다양한 종류의 원웨이 클러치베어링으로 예시될 수 있다. 제2클러치베어링(621)은 샤프트부(500)가 타방향 즉, 시계 방향으로 회전되는 경우, 제2바디(200)와 샤프트부(500)를 일체로 연결시켜 샤프트부(500)가 제2바디(200)에 대해 독립적으로 회전되는 것을 제한한다. 또한, 제2클러치베어링(621)은 샤프트부(500)가 일방향 즉, 반시계 방향으로 회전되는 경우, 제2바디(200)와 샤프트부(500)를 상호 분리시켜 샤프트부(500)가 제2바디(200)에 대해 독립적으로 회전되는 것을 허용한다.

제2베어링(622)은 제2클러치베어링(621)과 이격되게 배치되고, 제2바디(200)에 대해 샤프트부(500)를 회전 가능하게 지지한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제2베어링(622)은 내륜과 외륜이 각각 샤프트부(500)의 외주면 및 제2바디(200)의 내주면에 결합되는 다양한 종류의 레이디얼 베어링으로 예시될 수 있다. 제2베어링(622)은 샤프트부(500)의 축 방향을 따라 제2클러치베어링(621)과 상하로 이격되게 배치된다. 제2클러치베어링(621)과 제2베어링(622)의 사이에는 제2클러치베어링(621)으로 이물질이 유입되는 것을 차단하기 위한 탄성 변형 가능한 재질의 실링부(623)가 추가로 설치될 수 있다.

제2스페이서(624)는 제2클러치베어링(621)과 제2베어링(622)의 사이에 배치되고, 제2클러치베어링(621)이 샤프트부(500)의 축 방향으로 유동되는 것을 방지한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제2스페이서(624)는 대략 중공형의 링 형상을 갖도록 형성되어 제2클러치베어링(621)과 제2베어링(622)의 사이에 배치된다.

제2클러치베어링(621)과 제2베어링(622)의 사이에 실링부(623)가 설치됨에 따라 제2스페이서(624)는 한 쌍으로 형성될 수 있다. 한 쌍의 제2스페이서(624)는 각각 제2클러치베어링(621)과 실링부(623)의 사이 및 제2베어링(622)과 실링부(623)의 사이에 배치될 수 있다. 제2클러치베어링(621)과 실링부(623)의 사이에 배치된 제2스페이서(624)는 상측면과 하측면이 각각 제2클러치베어링(621)의 하측면과 실링부(623)의 상측면에 접촉된다. 제2베어링(622)과 실링부(623)의 사이에 배치된 제2스페이서(624)는 상측면과 하측면이 각각 실링부(623)의 하측면과 제2베어링(622)의 상측면에 접촉된다. 한 쌍의 제2스페이서(624)는 제2클러치베어링(621)과 실링부(623)의 사이 및 제2베어링(622)과 실링부(623)의 사이의 공간의 형태에 따라 서로 다른 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 한 쌍의 제2스페이서(624)는 제2클러치베어링(621)과 제2베어링(622)으로부터 가해지는 하중에 의한 변형이 방지될 수 있도록 금속, 합성 수지 등과 같은 높은 강성을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 이에 따라 제2스페이서(624)는 제2클러치베어링(621)이 샤프트부(500)의 축 방향으로 가해지는 외력에 의해 변형되거나 파손되는 것을 방지할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 액추에이터의 작동 과정을 상세하게 설명하도록 한다.

도 2를 참조하면, 공급부(330)를 통해 유체가 유연챔버부(310)의 내부로 주입되면, 유연챔버부(310)의 내부 압력이 상승되고, 유연챔버부(310)는 팽창된다.

유연챔버부(310)가 팽창됨에 따라 섬유부(340)는 유연챔버부(310)를 타방향 즉, 도 2를 기준으로 시계 방향으로 회전시킨다.

유연챔버부(310)의 회전력은 제2클램핑부(420)를 통해 제2바디(200)에 전달되고, 제2바디(200)는 타방향으로 회전된다.

제2바디(200)가 타방향으로 회전됨에 따라 제2클러치베어링(621)은 제2바디(200)와 샤프트부(500)간의 회전력의 전달을 허용하고, 샤프트부(500)는 제2바디(200)와 함께 타방향으로 회전된다.

이 경우, 제1클러치베어링(611)은 제1바디(100)와 샤프트부(500)간의 회전력의 전달을 차단하여 샤프트부(500)는 제1바디(100)와 간섭되지 않고 타방향으로 원활하게 회전될 수 있다.

한편, 공급부(330)를 통해 유체가 유연챔버부(310)에서 배출되면, 유연챔버부(310)의 내부 압력이 하강되고, 유연챔버부(310)는 수축된다.

유연챔버부(310)가 수축됨에 따라 섬유부(340)는 유연챔버부(310)를 일방향 즉, 도 2를 기준으로 반시계 방향으로 회전시킨다.

유연챔버부(310)의 회전력은 제2클램핑부(420)를 통해 제2바디(200)에 전달되고, 제2바디(200)는 일방향으로 회전된다.

제2바디(200)가 일방향으로 회전됨에 따라 제2클러치베어링(621)은 제2바디(200)와 샤프트부(500)간의 회전력의 전달을 차단하고, 제2바디(200)는 샤프트부(500)에 대해 독립적으로 회전된다.

이 경우, 제1클러치베어링(611)은 제1바디(100)와 샤프트부(500)간의 회전력의 전달을 허용하고, 제1바디(100)가 회전하지 않도록 고정됨에 따라 샤프트부(500)는 제1바디(100)와 일체로 결합되어 일방향으로 회전되지 않을 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

1. 회전 액추에이터 100 : 제1바디
200 : 제2바디 300 : 구동부
310 : 유연챔버부 311 : 제1유연챔버부
312 : 제2유연챔버부 320 : 삽입부
330 : 공급부 340 : 섬유부
400 : 클램핑부 410 : 제1클램핑부
411 : 제1클램핑홈부 412 : 제1내측클램핑부재
413 : 제1외측클램핑부재 420 : 제2클램핑부
421 : 제2클램핑홈부 422 : 제2내측클램핑부재
423 : 제2외측클램핑부재 500 : 샤프트부
600 : 클러치부 610 : 제1클러치부
611 : 제1클러치베어링 612 : 제1베어링
613 : 제1스페이서 620 : 제2클러치부
621 : 제2클러치베어링 622 : 제2베어링
623 : 실링부 624 : 제2스페이서

Claims (12)

1. 제1바디;
   상기 제1바디와 마주보게 배치되는 제2바디;
   나선형으로 팽창 또는 수축되며 회전력을 발생시키는 구동부;
   상기 구동부로부터 발생되는 회전력을 상기 제1바디와 상기 제2바디로 전달하여 상기 제1바디와 상기 제2바디를 상대 회전시키는 클램핑부;
   상기 제1바디와 상기 제2바디의 상대 회전에 연동되어 회전하는 샤프트부; 및
   상기 샤프트부의 회전을 일방향으로 단속하는 클러치부;를 포함하고,
   상기 구동부는,
   상기 제1바디와 상기 제2바디를 감싸도록 배치되는 유연챔버부;
   상기 유연챔버부의 내부로 유체를 주입하여 상기 유연챔버부를 팽창 또는 수축시키는 공급부; 및
   상기 유연챔버부에 나선형을 이루도록 설치되고, 상기 유연챔버부가 팽창 또는 수축됨에 따라 유연챔버부를 회전시키는 하나 이상의 섬유부;를 포함하고,
   상기 유연챔버부는,
   제1유연챔버부; 및
   상기 제1유연챔버부보다 높은 강성을 갖는 재질로 형성되는 제2유연챔버부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 액추에이터.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 제2유연챔버부는 상기 제1유연챔버부의 둘레면을 따라 링 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 회전 액추에이터.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 제2유연챔버부는 상기 제1바디 및 상기 제2바디와 동축상에 배치되는 것을 특징으로 하는 회전 액추에이터.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 구동부는 상기 제2유연챔버부로부터 연장되고, 상기 제1유연챔버부의 내부 공간과 연통되며, 내부로 상기 공급부가 삽입되는 삽입부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 액추에이터.
   
7. 제 6항에 있어서,
   상기 삽입부는 내측면이 상기 공급부의 외측면에 밀착되는 것을 특징으로 하는 회전 액추에이터.
   
8. 제 1항에 있어서,
   상기 클램핑부는,
   상기 제1바디에 구비되고, 상기 유연챔버부의 일측을 상기 제1바디에 고정시키는 제1클램핑부; 및
   상기 제2바디에 구비되고, 상기 유연챔버부의 타측을 상기 제2바디에 고정시키는 제2클램핑부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 액추에이터.
   
9. 제 8항에 있어서,
   상기 제1클램핑부는,
   상기 제1바디의 내측으로 오목하게 함몰 형성되고, 내부로 상기 유연챔버부의 일측이 삽입되는 제1클램핑홈부;
   상기 제1클램핑홈부의 일면으로부터 돌출되고, 상기 유연챔버부의 내측면을 가압하는 제1내측클램핑부재; 및
   상기 제1클램핑홈부의 타면으로부터 돌출되고, 상기 유연챔버부의 외측면을 가압하는 제1외측클램핑부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 액추에이터.
   
10. 제 9항에 있어서,
    상기 제1내측클램핑부재와 상기 제1외측클램핑부재는 복수개로 구비되고, 각각의 상기 제1내측클램핑부재와 상기 제1외측클램핑부재는 서로 어긋나게 배치되는 것을 특징으로 하는 회전 액추에이터.
    
11. 제1바디;
    상기 제1바디와 마주보게 배치되는 제2바디;
    나선형으로 팽창 또는 수축되며 회전력을 발생시키는 구동부;
    상기 구동부로부터 발생되는 회전력을 상기 제1바디와 상기 제2바디로 전달하여 상기 제1바디와 상기 제2바디를 상대 회전시키는 클램핑부;
    상기 제1바디와 상기 제2바디의 상대 회전에 연동되어 회전하는 샤프트부; 및
    상기 샤프트부의 회전을 일방향으로 단속하는 클러치부;를 포함하고,
    상기 클러치부는,
    상기 제2바디가 상기 제1바디에 대해 일방향으로 상대 회전됨에 따라 상기 제1바디와 상기 샤프트부간의 회전력의 전달을 허용하는 제1클러치부; 및
    상기 제2바디가 상기 제1바디에 대해 타방향으로 상대 회전됨에 따라 상기 제2바디와 상기 샤프트부간의 회전력의 전달을 허용하는 제2클러치부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 액추에이터.
    
12. 제 11항에 있어서,
    상기 제1클러치부는,
    상기 제1바디와 상기 샤프트부의 사이에 배치되고, 상기 제1바디와 상기 샤프트부간의 회전력의 전달을 일방향으로만 허용하는 제1클러치베어링; 및
    상기 제1클러치베어링과 이격되게 배치되고, 상기 제1바디에 대해 샤프트부를 회전 가능하게 지지하는 제1베어링; 및
    상기 제1클러치베어링과 상기 제1베어링의 사이에 배치되고, 상기 제1클러치베어링이 상기 샤프트부의 축 방향으로 유동되는 것을 방지하는 제1스페이서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 액추에이터.

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