KR102602142B1 - 가동범위가 조절되는 액추에이터 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터는 회전구동력이 전달되는 구동축, 구동축의 회전에 따라 함께 회전하며 구동축을 중심으로 미리 정해진 직경으로 형성되는 구동회전자, 구동회전자의 외측둘레에 돌출 형성되는 적어도 하나의 구동자, 구동축을 중심으로 구동회전자와 동심원을 따라 회전하며, 구동회전자와 미리 정해진 간격만큼 이격되는 종동회전자, 종동회전자의 내주연에 형성되고, 내측으로 돌출되어 구동축의 회전 시 구동자의 회전 궤도와 적어도 일부가 겹치는 회전 궤도를 갖는 두 개의 종동자를 포함한다.

Description

가동범위가 조절되는 액추에이터{ACTUATOR WITH ADJUSTABLE RANGE OF MOTION}
본 발명은 액추에이터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 동력이 전달되는 구간과 전달되지 않는 구간을 별도로 설정할 수 있는 액추에이터에 관한 것이다.
일반적으로 기계장치는 다양한 에너지 변환 수단 및 동력 전달 수단을 포함한다.
동력 전달 수단은 회전운동을 회전운동으로, 회전운동을 직선운동으로, 직선운동을 회전운동으로 변환하는 등 힘이 작용하는 형태나 방향을 변환하거나, 일련의 동력원으로부터 발생한 운동에너지를 이용해 미리 정해진 일들을 수행하게 한다.
대표적인 동력전달수단은 액추에이터가 있다. 액추에이터는 각종 제어시스템으로부터 작동 에너지를 기계적인 변위나 응력으로 변환한다. 액추에이터는 직선운동을 위한 실린더나 회전운동을 위한 모터 등 다양한 형태로 실시되고 있다.
대한민국 공개특허 제10-2011-0030889호(이하 '관련기술1'이라 함.)는 '로봇용 액추에이터 및 이를 포함하는 인간형 로봇'을 개시한다.
관련기술1에 개시된 바와 같이, 로봇 분야에서는 여러 형태의 액추에이터가 사용되고, 액추에이터들은 로봇이 보다 자연스럽게 운동할 수 있도록 한다.
하지만, 관련기술1에 개시된 액추에이터를 비롯하여 종래의 액추에이터는 동력원과 동력원으로부터 전달받은 동력에 의해 작동하는 종동구간이 서로 유기적으로 결합된다. 따라서, 동력원이 작동되면 종동구간도 미리 정해진 방식으로 작동이 되고, 동력원이 작동을 멈출 경우에 종동구간도 작동을 멈추게 된다.
하지만, 인체에 착용하는 로봇과 같이 인간의 움직임을 우선하여 동력원 및 종동구간이 작동되어야 하고, 동력원이 작동 중이더라도 종동구간의 작동이 이루어지지 않아야 하는 경우도 발생하곤 하였다.
따라서, 동력원과 종동구간 사이의 동력전달을 사용자가 미리 정해놓은 구간에서만 수행되도록 할 수 있는 액추에이터의 개발이 필요하였다.
본 발명의 일 과제는, 액추에이터의 동력이 전달되지 않는 구간을 설정하기 위해서 복잡한 기계장치를 추가해야 했던 종래기술의 문제점을 해결하는 것이다.
본 발명의 다른 과제는, 가벼운 무게를 유지하고 복잡하지 않은 구조를 지니면서도 동력이 전달되는 구간과 전달되지 않는 구간을 손쉽게 설정할 수 있는 액추에이터를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는, 액추에이터의 작동 시 진동이나 소음이 발생하였던 종래기술의 문제점을 해결하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 내용들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제나 목적들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터는 회전구동력이 전달되는 구동축, 구동축의 회전에 따라 함께 회전하며 구동축을 중심으로 미리 정해진 직경으로 형성되는 구동회전자, 구동회전자의 외측둘레에 돌출 형성되는 적어도 하나의 구동자, 구동축을 중심으로 구동회전자와 동심원을 따라 회전하며, 구동회전자와 미리 정해진 간격만큼 이격되는 종동회전자, 종동회전자의 내주연에 형성되고, 내측으로 돌출되어 구동축의 회전 시 구동자의 회전 궤도와 적어도 일부가 겹치는 회전 궤도를 갖는 두 개의 종동자를 포함한다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터에서 종동자는 구동자가 제1방향으로 회전 시 회전력이 전달되는 제1스토퍼 및 구동자가 제1방향과 반대방향인 제2방향으로 회전 시 회전력이 전달되는 제2스토퍼를 포함한다.
또는, 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터에서 제1스토퍼 및 제2스토퍼는 각각 종동회전자의 내주연에 배치되는 위치가 조절된다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터에서 구동자, 제1스토퍼 및 제2스토퍼는 동일한 극성을 지닌 자성체로 이루어진다.
또는, 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터에서 종동회전자는 외주연에 접하여, 미리 정해진 조건 하에서 종동회전자의 회전력을 감소시키는 댐퍼를 포함한다.
본 발명에 의하면, 액추에이터의 동력이 전달되지 않는 구간을 손쉽게 설정할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명에 의하면, 복잡한 로봇에도 적용할 수 있도록 가볍고 단순한 구조를 지닌 액추에이터를 제공할 수 있게 된다.
본 발명에 의하면, 액추에이터 작동 시 진동 및 소음이 현저하게 감소한다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터가 제1방향으로 작동하는 상태를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터가 제2방향으로 작동하는 상태를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터에서 구동자 및 종동자가 자성을 지닌 예를 도시한 단면도이다.
도 5는 도 4의 A부분을 확대한 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터에서 가동범위를 나타낸 상태도이다.
이하, 본 발명을 적절한 실시예와 함께 설명하고자 한다. 본 발명의 실시예들은 첨부도면을 참조하면서 보다 상세하게 서술한다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터의 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터는 구동유닛(100) 및 종동유닛(200)을 포함한다.
구동유닛(100)은 동력원과 연결되고, 동력원에서 발생한 운동에너지에 따라 운동한다.
종동유닛(200)은 구동유닛(100)과 연계된다. 즉, 종동유닛(200)은 구동유닛(100)으로부터 운동에너지를 전달받아, 소정의 운동을 하게 된다.
구체적으로는 동력원이 작동되면(본 발명의 일 실시예에서 동력원은 회전력을 발생시키는 모터일 수 있다.) 동력원으로부터 발생한 운동에너지가 구동유닛(100)을 통해 종동유닛(200)으로 전해진다.
구동유닛(100)은 구동축(110), 구동회전자(120), 제1베어링(130) 및 구동자(140)를 포함한다.
구동축(110)은 동력원과 연결되고, 동력원에서 발생한 회전구동력이 구동축(110)에 전해진다. 동력원을 모터로 가정하면, 구동축(110)은 모터의 회전축과 연결된다. 구동축(110)은 모터의 회전축이 회전함에 따라 함께 회전한다.
구동축(110)의 외주연에는 구동회전자(120)가 구비된다.
구동회전자(120)는 미리 정해진 직경을 갖는다.
구동회전자(120)는 구동축(110)의 회전에 따라 함께 회전한다. 제1베어링(130)은 구동회전자(120)의 외주연에 구비될 수 있고, 구동회전자(120)의 회전 시 구동회전자(120)와 다른 구성들간의 마찰을 감소시키거나 방지하도록 구비될 수 있다.
구동자(140)는 구동회전자(120)의 외주연에 구비되고, 외측으로 돌출되는 돌기로 이루어질 수 있다.
구동자(140)는 구동축(110) 및 회전자의 회전과 함께 구동회전자(120)의 외측둘레를 회전한다.
즉, 구동축(110), 구동회전자(120) 및 구동자(140)는 동력원으로부터 전달되는 운동에너지에 의해 함께 회전운동 한다.
종동유닛(200)은 종동회전자(210), 제2베어링(220), 종동자(230)를 포함한다.
종동회전자(210)는 구동유닛(100)의 외측둘레와 소정의 간격만큼 이격되어 배치되고, 구동유닛(100)을 둘러싼 형태로 이루어진다.
또한 종동회전자(210)는 구동축(110)의 회전 중심과 동일한 회전 중심을 가지고 회전할 수 있도록 구비된다.
제2베어링(220)은 종동회전자(210)의 외측 또는 내측둘레에 구비될 수 있다.
제2베어링(220)은 종동회전자(210)의 회전 시 종동회전자(210)가 다른 구성과 접촉하여 발생할 수 있는 마찰력을 감소시킨다.
종동자(230)는 종동회전자(210)의 내주연에 형성된다. 종동자(230)는 종동회전자(210)로부터 내측으로 돌출되어 구동축(110)의 회전 시 구동자(140)의 회전 궤도와 적어도 일부가 겹치는 회전궤도를 갖는다.
종동자(230)는 제1스토퍼(232) 및 제2스토퍼(234)를 포함한다. 종동자(230)는 구동자(140)가 회전함에 따라 일정 구간에서 구동자(140)와 접하여 구동자(140)로부터 운동에너지를 전달받는다.
구체적으로는, 구동자(140)가 제1방향으로 회전할 경우, 종동자(230)는 구동자(140)와 접하고, 구동자(140)의 회전에 따라 함께 회전하며 종국적으로는 종동회전자(210)가 구동유닛(100)을 중심에 두고 회전하게 한다.
제1스토퍼(232) 및 제2스토퍼(234)는 각각 구동자(140)의 양 측에 배치된다. 제1스토퍼(232) 및 제2스토퍼(234) 사이에 구동자(140)가 배치된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 구동자(140)가 제1방향으로 회전할 때 접하는 종동자(230)가 제1스토퍼(232)이고, 구동자(140)가 제2방향으로 회전할 때 접하는 종동자(230)가 제2스토퍼(234)이다.
제1스토퍼(232) 및 제2스토퍼(234)의 위치는 사용자에 의해 조절될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터가 제1방향으로 작동하는 상태를 도시한 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터가 제2방향으로 작동하는 상태를 도시한 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 동력원이 제1방향으로 회전하면, 구동축(110)이 제1방향으로 회전하고, 구동회전자(120) 및 구동자(140)가 제1방향으로 회전한다.
구동자(140)가 제1스토퍼(232)와 접하면, 구동자(140)로부터 제1스토퍼(232)로 운동에너지가 전달되고, 제1스토퍼(232) 및 종동회전자(210)가 제1방향으로 회전하게 된다.
즉, 구동자(140)가 제1스토퍼(232)와 접하는 지점부터 구동축(110)으로부터 종동회전자(210)로의 운동에너지 전달이 수행된다.
또, 도 3에 도시된 바와 같이 동력원이 제2방향으로 회전하면 구동축(110), 구동회전자(120) 및 구동자(140)도 제2방향으로 회전한다.
구동자(140)가 제2스토퍼(234)와 접하게 되면, 그 위치에서부터 동력원으로부터 발생한 운동에너지가 종동유닛(200)으로 전달된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터에서 구동자(140) 및 종동자(230)가 자성을 지닌 예를 도시한 단면도이고, 도 5는 도 4의 A부분을 확대한 도면이다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터에서 구동자(140) 및 종동자(230)는 일련의 자성을 지닐 수 있다.
구동자(140), 제1스토퍼(232) 및 제2스토퍼(234)는 모두 각은 극성의 자성을 지니고, 서로 인접하면 척력이 작용한다.
따라서, 구동축(110), 구동회전자(120) 및 구동자(140)가 제1방향으로 회전하는 경우, 구동자(140)가 제1스토퍼(232)와 인접하면 제1스토퍼(232)는 제1방향으로 회전하게 된다.
반대로 구동축(110), 구동회전자(120) 및 구동자(140)가 제2방향으로 회전하는 경우, 구동자(140)가 제2스토퍼(234)와 인접하면 제2스토퍼(234)는 제2방향으로 회전하게 된다.
구동자(140), 제1스토퍼(232) 및 제2스토퍼(234)가 자성을 지니고, 특히 동일한 극성을 지니게 되면 서로 접촉 없이도 동력이 전달될 수 있다. 이러한 구성은 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터에서 소음이나 진동을 감소시킨다.
그리고, 종동유닛(200)은 댐퍼(240)를 더 포함할 수 있다. 댐퍼(240)는 종동회전자(210)의 회전을 감소시킨다. 즉, 종동회전자(210)의 회전에 소정의 마찰력을 제공한다.
따라서, 구동자(140)와 제1스토퍼(232) 또는 구동자(140)와 제2스토퍼(234)가 서로 인접하여 척력이 작용하는 경우 종동회전자(210)가 미리 정해진 구간 이상으로 회전하는 것을 방지한다.
댐퍼(240)로부터 종동회전자(210)에 가해지는 저항 값(혹은, 마찰력)은 본 발명이 적용되는 실시예에 따라 적절한 값으로 구현될 수 있을 것이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터에서 가동범위를 나타낸 상태도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터는 구동유닛(100)과 종동유닛(200) 간에 동력이 전달되지 않는 구간(a구간)과 동력이 전달되는 구간(b, c구간)으로 나뉘어 질 수 있다.
동력이 전달되지 않는 구간(a구간)은 제1스토퍼(232) 및 제2스토퍼(234)가 배치되는 위치에 따라 사용자가 자유롭게 설정할 수 있게 된다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에서 구동자(140)는 제1구동자(142) 및 제2구동자(144)로 두 개가 구비될 수도 있다. 이러한 경우, 동력이 전달되는 구간(b, c구간)을 일정하게 유지하면서 동력이 전달되지 않는 구간(a1+a2구간)을 줄이거나 늘릴 수 있게 된다.
이러한 구성은 특히, 주행보조기구와 같은 웨어러블 장치에 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터가 적용될 때 사용자의 신체 활동을 제약하지 않으면서도 운동을 보조하는 용도로 활용될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들이 도면과 함께 설명되었으나, 이는 예시적인 것으로서 전술한 실시예들과 도면으로 본 발명이 한정되진 않는다. 통상의 지식을 가진 자라면 개시되는 내용의 기술사상 범위 내에서 본 발명을 변형할 수 있음이 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 일 실시예를 설명하면서 구성에 따른 작용이나 효과를 명시적으로 기재하지 않았을지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과들까지 인정되어야 함은 당연하다.
100: 구동유닛 110: 구동축
120: 구동회전자 130: 제1베어링
140: 구동자 142: 제1구동자
144: 제2구동자 200: 종동유닛
210: 종동회전자 220: 제2베어링
230: 종동자 232: 제1스토퍼
234: 제2스토퍼 240: 댐퍼

Claims (5)

  1. 회전구동력이 전달되는 구동축;
    상기 구동축의 회전에 따라 함께 회전하며 상기 구동축을 중심으로 미리 정해진 직경으로 형성되는 구동회전자;
    상기 구동회전자의 외측둘레에 돌출 형성되는 적어도 하나의 구동자;
    상기 구동축을 중심으로 상기 구동회전자와 동심원을 따라 회전하며, 상기 구동회전자와 미리 정해진 간격만큼 이격되는 종동회전자; 및
    상기 종동회전자의 내주연에 형성되고, 내측으로 돌출되어 상기 구동축의 회전 시 상기 구동자의 회전 궤도와 적어도 일부가 겹치는 회전 궤도를 갖는 두 개의 종동자;를 포함하고,
    상기 종동자는,
    상기 구동자가 제1방향으로 회전 시 회전력이 전달되는 제1스토퍼; 및
    상기 구동자가 상기 제1방향과 반대방향인 제2방향으로 회전 시 회전력이 전달되는 제2스토퍼;를 포함하며,
    상기 구동자, 상기 제1스토퍼 및 상기 제2스토퍼는 동일한 극성을 지닌 자성체로 이루어지고,
    상기 종동회전자는,
    상기 구동자가 상기 제1스토퍼 또는 상기 제2스토퍼와 인접하여 서로 척력이 작용하는 경우 상기 종동회전자에 가하는 마찰력을 조절함으로써, 상기 종동회전자가 미리 정해진 구간 이상으로 회전하는 것을 방지하는 댐퍼;를 포함하는,
    액추에이터.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1스토퍼 및 상기 제2스토퍼는 각각 상기 종동회전자의 내주연에 배치되는 위치가 조절되는,
    액추에이터.
  4. 삭제
  5. 삭제
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