KR102605516B1 - 조화 감속기 및 이를 포함하는 동력 전달 시스템 - Google Patents

조화 감속기 및 이를 포함하는 동력 전달 시스템 Download PDF

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Abstract

일 실시예에 따른 조화 감속기는, 원반 형상을 갖고, 하부면의 외주를 따라 홈부가 형성되며, 제 1 축을 중심으로 회전하도록 구성된 웨이브 제네레이터; 상기 홈부에 수용되고, 상기 웨이브 제네레이터의 회전에 기초하여 회전 및 변위 가능하도록 구성되는 베어링 볼과, 상기 베어링 볼을 상기 홈부에 유지시키도록 구성된 케이지를 포함하는 베어링 부재; 상기 베어링 볼의 적어도 일부와 접촉하며, 상기 웨이브 제네레이터의 회전에 기초한 상기 베어링 볼의 회전 및 변위에 의해 상기 제 1 축을 중심으로 회전 가능하도록 구성되고, 가요성인 플렉스 스플라인; 및 상기 플렉스 스플라인의 하부면의 외주 부분과 적어도 일부가 접촉하는 상부면을 갖고, 원반 형상을 갖는 서큘러 스플라인;을 포함한다.

Description

조화 감속기 및 이를 포함하는 동력 전달 시스템{Harmonic reducer and power transmission system including the same}
본 개시의 실시예들은 조화 감속기 및 이를 포함하는 동력 전달 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게, 홈부가 형성된 웨이브 제네레이터 및 상기 홈부에 수용되는 베어링 볼을 포함함으로써, 구성 요소들(예를 들어, 웨이브 제네레이터와 플렉스 스플라인) 사이에 발생할 수 있는 마찰을 감소시키고, 감소된 마찰에 기초하여 효율이 증가될 수 있는 조화 감속기 및 이를 포함하는 동력 전달 시스템에 관한 것이다.
종래의 동력 전달 시스템이나 로봇 시스템에 사용되는 감속기로서, RV 감속기, 유성 기어와 함께 조화 감속기가 사용된다. 특히, 조화 감속기는 금속의 탄성을 이용함으로써 감속된 출력을 획득할 수 있는데, 기존의 감속기(예를 들어, 기어)에 비해 소형, 경량화될 수 있다. 이러한 성질에 기초하여, 조화 감속기는 크기 및 무게에 대한 제한이 있는 동력 시스템에 사용될 수 있다.
또한, 조화 감속기는 고 감속비, 높은 회전 정밀도, 제로(zero) 백래쉬의 장점을 가질 수 있어, 고 감속비, 높은 회전 정밀도 및 제로 백래쉬가 필요로 하는 정밀한 동력 전달 시스템이나 로봇 관절 시스템에 사용될 수 있다.
상술한 조화 감속기의 특성으로 인해, 조화 감속기는 산업용 로봇 시스템뿐 아니라 보행이 가능한 로봇 시스템에서도 많이 사용된다. 로봇 관절부는 경량화되고 부피가 작을수록 제어가 용이하여, 로봇 관절부에 삽입되는 조화 감속기 또한 경량화되고 부피가 작아질 필요가 있다.
다만, 종래의 조화 감속기의 각 구성 요소들은 일반적으로 원통형(실린더형)의 하우징을 가질 수 있다. 원통형의 하우징을 갖는 각 구성 요소들에 의해 종래의 조화 감속기의 부피가 커지는 단점이 있었다. 또한, 종래 기술에 의한 조화 감속기의 타원형 웨이브 제네레이터 부재는, 탄성 변형을 위한 플렉스 스플라인 부재뿐만 아니라, 베어링 볼에 대해서도 지속적으로 변형이 가해지는 구조이다. 따라서, 베어링의 수명과 정밀도가 악화될 수 있다. 또한, 기존의 조화 감속기의 웨이브 제네레이터는 프로파일의 설계가 어렵고, 제조 공정이 복잡한 단점이 있다.
최근의 경량화, 정밀화되고 있는 동력 전달 시스템 및 로봇 시스템 등에 조화 감속기가 적용되기 위해서, 조화 감속기는 경량화되고 부피가 작아질 필요가 있다. 더불어, 각 구성 요소 사이의 마찰을 감소시켜 조화 감속기의 효율을 증가시킬 필요가 있다.
공개특허 제 10-2018-0061530호
본 개시는 일 실시예에 따른 조화 감속기를 제공한다.
일 실시예에 따른 조화 감속기는 종래의 조화 감속기의 단점들을 해결하는 것을 과제로 한다. 보다 상세하게, 일 실시예에 따른 조화 감속기는 구성 요소의 형상을 원반형으로 개선하며, 형성된 홈부의 깊이가 하부면의 외주를 따라서 변화되게 하여, 특정 지점에서의 플렉스 스플라인과 서큘러 스플라인이 맞물리는 점을 제어할 수 있도록 설계한다.
일 실시예들에 따른 조화 감속기는 원반형의 웨이브 제네레이터에 기초하여 경량화가 가능하고, 부피 감소가 가능하다. 따라서, 종래의 조화 감속기가 원통형의 구성 요소로 인하여 큰 부피와 무거운 무게를 갖는 단점을 해결할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 조화 감속기는 홈부가 형성된 웨이브 제네레이터 및 상기 홈부에 수용되는 베어링 볼을 포함한다. 베어링 볼을 이용한 구름 마찰로써 플렉스 스플라인을 가압함으로써, 조화 감속기의 구성 요소들 사이에 발생할 수 있는 마찰을 감소시키고, 감소된 마찰에 기초하여 효율을 증가시킬 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 조화 감속기의 플렉스 스플라인의 탄성 변형부와 동력 전달부를 분리하여 제조 원가를 낮추고 탄성 변형에 필요한 에너지를 절감할 수 있다. 분리형 플렉스 스플라인에 기초하여, 플렉스 스플라인에 발생할 수 있는 응력 집중을 방지하고 탄성 변형에 필요한 에너지를 감소시켜 효율이 증가될 수 있다.
본 개시는 일 실시예에 따른 동력 전달 시스템을 제공한다.
일 실시예에 따른 동력 전달 시스템 및 일 실시예에 따른 로봇 시스템은 실시예에 따른 조화 감속기를 포함한다. 이에 따라, 일 실시예에 따른 동력 전달 시스템 및 일 실시예에 따른 로봇 시스템은 종래의 조화 감속기를 포함함으로써 발생할 수 있는 단점들을 해결하는 것을 과제로 한다. 종래의 조화 감속기의 단점들은 상술한 바와 같으므로, 중복되는 범위에서의 상세한 설명은 생략한다.
상술한 과제 해결 수단으로서 본 개시의 일 실시예에 따른 조화 감속기가 제공된다.
일 실시예에 따른 조화 감속기는 원반 형상을 갖고, 하부면의 외주를 따라 홈부가 형성되며, 제 1 축을 중심으로 회전하도록 구성된 웨이브 제네레이터; 상기 홈부에 수용되고, 상기 웨이브 제네레이터의 회전에 기초하여 회전 및 변위 가능하도록 구성되는 베어링 볼과, 상기 베어링 볼을 상기 홈부에 유지시키도록 구성된 케이지를 포함하는 베어링 부재; 상기 베어링 볼의 적어도 일부와 접촉하며, 상기 웨이브 제네레이터의 회전에 기초한 상기 베어링 볼의 회전 및 변위에 의해 상기 제 1 축을 중심으로 회전 가능하도록 구성되고, 가요성인 플렉스 스플라인; 및 상기 플렉스 스플라인의 하부면의 외주 부분과 적어도 일부가 접촉하는 상부면을 갖고, 원반 형상을 갖는 서큘러 스플라인;을 포함한다.
상기 베어링 볼이 수용되는 상기 홈부의 상하 방향 깊이는 상기 웨이브 제네레이터의 상기 하부면의 외주를 따라 변화하고, 상기 웨이브 제네레이터가 회전하면, 상기 베어링 볼은 상기 홈부의 상하 방향 깊이 변화에 기초하여 상하 방향으로 변위될 수 있다.
상기 웨이브 제네레이터가 회전하면, 상기 플렉스 스플라인의 일 부분은 상하 방향으로 변위하는 상기 베어링 볼로부터 가압되고, 상기 플렉스 스플라인의 일 부분이 상기 베어링 볼에 의해 상하 방향으로 가압됨에 따라, 상기 플렉스 스플라인의 하부면의 외주 부분과 상기 서큘러 스플라인의 상기 상부면의 적어도 일부가 접촉할 수 있다.
상기 플렉스 스플라인의 상기 하부면의 외주를 따라 제 1 치차부가 형성되고, 상기 서큘러 스플라인의 상기 상부면에는 상기 제 1 치차부와 대응되도록 구성된 제 2 치차부가 형성되고, 상기 웨이브 제네레이터가 회전함에 따라, 상기 제 1 치차부와 상기 제 2 치차부는 가변하는 지점에서 서로 치합될 수 있다.
상기 제 1 치차부의 제 1 치차 수와 상기 제 2 치차부의 제 2 치차 수는 서로 상이할 수 있다.
상기 베어링 볼은 복수 개의 볼 부재를 포함하고, 상기 케이지에는, 상기 복수 개의 볼 부재가 각각 배치되고 상기 복수 개의 볼 부재를 상기 홈부에 유지시키도록 구성된 복수 개의 함몰부가 형성될 수 있다.
과제 해결 수단으로서 본 개시의 일 실시예에 따른 조화 감속기가 제공된다.
일 실시예에 따른 조화 감속기는 원반 형상을 갖고, 제 1 축을 중심으로 회전하도록 구성된 웨이브 제네레이터; 상기 웨이브 제네레이터의 회전에 기초하여 회전 및 변위되도록 구성되는 베어링 부재; 상기 베어링 부재의 적어도 일부와 접촉하며, 상기 웨이브 제네레이터의 회전에 기초한 상기 베어링 부재의 회전 및 변위에 의해 상기 제 1 축을 중심으로 회전 가능하도록 구성되고, 가요성인 플렉스 스플라인; 및 상기 플렉스 스플라인의 하부면의 외주 부분과 적어도 일부가 접촉하는 상부면을 갖고, 상기 플렉스 스플라인과의 접촉에 의해 상기 제 1 축을 중심으로 회전 가능하도록 구성되고, 원반 형상을 갖는 서큘러 스플라인;을 포함하되, 상기 플렉스 스플라인은, 상기 베어링 부재의 적어도 일부와 접촉하며, 상기 베어링 부재의 회전 및 변위에 의해 가압되며 변형되는 탄성 변형부; 및 상기 탄성 변형부와 결합되며, 외부에 동력을 전달하도록 구성된 동력 전달부를 포함한다.
상기 탄성 변형부와 상기 동력 전달부는 서로 분리 가능할 수 있다.
상기 탄성 변형부는 원반 형상을 갖되, 상기 탄성 변형부의 원반 형상 중심에는 상하 방향으로 개방된 통공이 형성되고, 상기 탄성 변형부와 상기 동력 전달부가 결합되면, 상기 동력 전달부는 상기 탄성 변형부의 상기 통공을 관통하도록 배치될 수 있다.
상기 동력 전달부는, 상기 탄성 변형부의 상측에 결합되는 제 1 동력 전달부; 및 상기 탄성 변형부의 하측에 결합되는 제 2 동력 전달부;를 포함할 수 있다.
과제 해결 수단으로서 본 개시의 일 실시예에 따른 동력 전달 시스템이 제공된다.
동력 전달 시스템은, 일 실시예에 따른 조화 감속기; 동력을 생성하고, 생성된 동력을 상기 조화 감속기에 전달하도록 구성된 동력부; 및 상기 조화 감속기에 의해 감속된 동력을 전달받도록 구성된 출력부;를 포함한다.
일 실시예에 따른 조화 감속기는 경량화가 가능하며 부피가 감소될 수 있다.
일 실시예에 따른 조화 감속기는 베어링 볼을 이용한 구름 마찰에 의한 가압으로써, 조화 감속기의 구성 요소들 사이에 발생할 수 있는 마찰을 감소시키고, 감소된 마찰에 기초하여 효율을 증가시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 조화 감속기는 분리형 플렉스 스플라인에 기초하여, 탄성 변형에 필요한 에너지양을 감소시켜 효율을 증가시킬 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 조화 감속기의 결합 시 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 조화 감속기의 길이 방향 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 웨이브 제네레이터를 하측에서 바라본 사시도이다.
도 4는 도 3에서 웨이브 제네레이터에 형성된 홈부의 깊이를 개략적으로 도시한 모식도이다.
도 5는 도 2에 도시된 웨이브 제네레이터 및 베어링 부재를 하측에서 바라본 단면 사시도이다.
도 6은 도 5에서 홈부의 깊이에 따른 베어링 부재의 볼 베어링의 높이를 개략적으로 도시한 모식도이다.
도 7은는 일 실시예에 따른 조화 감속기의 동작 시를 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7에서 A 부분을 확대하여 개략적으로 도시한 모식도이다.
도 9는 도 2에 도시된 플렉스 스플라인의 결합 시 사시도이다.
도 10은 도 9의 플렉스 스플라인의 분해 시 사시도이다.
도 11은 일 실시예에 따른 동력 전달 시스템의 모식도이다.
본 개시의 실시예들은 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것이다. 본 개시에 따른 권리범위가 이하에 제시되는 실시예들이나 이들 실시예들에 대한 구체적 설명으로 한정되는 것은 아니다.
본 개시에 사용되는 모든 기술적 용어들 및 과학적 용어들은, 달리 정의되지 않는 한, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 의미를 갖는다. 본 개시에 사용되는 모든 용어들은 본 개시를 더욱 명확히 설명하기 위한 목적으로 선택된 것이며 본 개시에 따른 권리범위를 제한하기 위해 선택된 것이 아니다.
본 개시에서 사용되는 "포함하는", "구비하는", "갖는" 등과 같은 표현은, 해당 표현이 포함되는 어구 또는 문장에서 달리 언급되지 않는 한, 다른 실시예를 포함할 가능성을 내포하는 개방형 용어(open-ended terms)로 이해되어야 한다.
본 개시에서 "상하 방향"은 도 2를 참조하여, 웨이브 제네레이터(120) 및 베어링 부재(140)가 나란히 배치되는 방향을 의미할 수 있으며, "상", "상측", "상방" 등은 베어링 부재(140)를 기준으로 웨이브 제네레이터(120)를 바라보는 방향을 의미할 수 있으며, "하", "하측", "하방" 등은 상술한 "상", "상측", "상방" 방향의 반대 방향을 의미할 수 있다.
본 개시에서 기술된 단수형의 표현은 달리 언급하지 않는 한 복수형의 의미를 포함할 수 있으며, 이는 청구범위에 기재된 단수형의 표현에도 마찬가지로 적용된다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 개시의 실시예들을 설명한다. 첨부된 도면에서, 동일하거나 대응하는 구성요소에는 동일한 참조부호가 부여되어 있다. 또한, 이하의 실시예들의 설명에 있어서, 동일하거나 대응하는 구성요소를 중복하여 기술하는 것이 생략될 수 있다. 그러나, 구성요소에 관한 기술이 생략되어도, 그러한 구성요소가 어떤 실시예에 포함되지 않는 것으로 의도되지는 않는다.
도 1은 일 실시예에 따른 조화 감속기(100)의 결합 시 사시도이다. 도 2는 도 1에 도시된 조화 감속기(100)의 길이 방향 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 조화 감속기(100)는 일 실시예에 따른 조화 감속기(100)는 원반 형상을 갖는 웨이브 제네레이터(120)를 포함할 수 있다.
조화 감속기(100)는 웨이브 제네레이터(120)의 상측에 웨이브 제네레이터(120)를 감싸는 상측 하우징(110)을 포함할 수 있다. 조화 감속기(100)는 상측 하우징(110)과 웨이브 제네레이터(120) 사이에 제 1 실린더 베어링(171)을 포함할 수 있다. 제 1 실린더 베어링(171)은 상측 하우징(110)과 웨이브 제네레이터(120) 사이에 배치되어, 웨이브 제네레이터(120)가 상측 하우징(110)에 대해 마찰 없이 회전 가능하도록 할 수 있다.
웨이브 제네레이터(120)는 동력부(미도시)에 연결될 수 있다. 웨이브 제네레이터(120)는 동력부에서 생성된 동력에 의해 회전할 수 있다. 동력부는 예를 들어 모터일 수 있다. 웨이브 제네레이터(120)는 소정의 축을 중심으로 회전할 수 있다. 웨이브 제네레이터(120)가 회전하는 소정의 축을, 제 1 축(X1)으로 가정하여 이하에서 설명한다. 여기서 제 1 축(X1)은 동력부에 의해 생성된 동력이 전달되는 축과 동일할 수 있다.
웨이브 제네레이터(120)의 하부면의 외주를 따라 홈부(130)가 형성될 수 있다. 홈부(130)는 웨이브 제네레이터(120)의 하부면으로부터 상측 방향으로 오목하게 함몰된 부분으로서 소정의 깊이를 가질 수 있다. 홈부(130)의 깊이는 웨이브 제네레이터(120)의 하부면의 외주를 따라 변화할 수 있는데, 홈부(130)의 깊이에 대해서는 이하에서 도 3 및 도 4를 참조하여 보다 상세히 살펴본다.
일 실시예에 따른 조화 감속기(100)는 웨이브 제네레이터(120)의 홈부(130)에 수용되는 베어링 볼(141)을 포함할 수 있다. 베어링 볼(141)은 웨이브 제네레이터(120)와 접촉할 수 있다. 베어링 볼(141)은 웨이브 제네레이터(120)의 회전에 기초하여 회전 및 변위 가능하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따른 조화 감속기(100)는 베어링 볼(141)을 홈부(130)에 유지시키도록 구성된 케이지(142)를 포함할 수 있다. 케이지(142)는 웨이브 제네레이터(120)의 하부면에 부착될 수 있다. 케이지(142)는 링 형상일 수 있다. 케이지(142)는 웨이브 제네레이터(120)의 하부면의 외주에 부착되어 베어링 볼(141)을 홈부(130)에 유지시켜, 베어링 볼(141)이 홈부(130)로부터 이탈되는 것을 방지하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따른 조화 감속기(100)는 베어링 볼(141)의 적어도 일부와 접촉하는 플렉스 스플라인(150)을 포함할 수 있다. 플렉스 스플라인(150)은 가요성일 수 있다. 즉, 플렉스 스플라인(150)은 외력에 의해 일부 형상이 변하는 플렉서블(flexible)한 재질을 포함할 수 있다. 플렉스 스플라인(150)은 베어링 볼(141)에 의해 가압되는 부분이 변형될 수 있다. 예를 들어, 플렉스 스플라인(150)의 소정 부분은 베어링 볼(141)에 의해 하측으로 가압되어 하측으로 변형될 수 있다.
플렉스 스플라인(150)은 웨이브 제네레이터(120)의 회전에 기초한 베어링 볼(141)의 회전 및 변위에 의해 제 1 축(X1)을 중심으로 회전 가능하도록 구성될 수 있다. 즉, 웨이브 제네레이터(120)가 제 1 축(X1)을 중심으로 회전할 때, 플렉스 스플라인(150) 또한 제 1 축(X1)을 중심으로 회전할 수 있다.
플렉스 스플라인(150)은 탄성 변형부(151) 및 탄성 변형부(151)와 결합되는 동력 전달부(152)를 포함할 수 있다.
조화 감속기(100)는 웨이브 제네레이터(120)와 플렉스 스플라인(150) 사이에 제 2 실린더 베어링(172)을 포함할 수 있다. 제 2 실린더 베어링(172)은 웨이브 제네레이터(120)와 플렉스 스플라인(150) 사이에 배치되어, 플렉스 스플라인(150)이 웨이브 제네레이터(120)의 회전 속도와는 다른 속도로 회전 가능하도록 할 수 있다.
조화 감속기(100)는 플렉스 스플라인(150)의 하부면의 외주 부분과 적어도 일부가 접촉하는 상부면을 갖는 서큘러 스플라인(160)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 서큘러 스플라인(160)의 상부면에는 소정의 둘레를 따라 접촉부가 형성될 수 있다. 서큘러 스플라인(160)은 원반 형상을 가질 수 있다.
서큘러 스플라인(160)은 강체일 수 있다. 서큘러 스플라인(160)은, 플렉스 스플라인(150) 중 베어링 볼(141)에 의해 가압되어 변형되는 부분과 접촉할 수 있다. 조화 감속기(100)는, 플렉스 스플라인(150)과 서큘러 스플라인(160)과의 접촉에 기초하여 감속비가 결정될 수 있다. 조화 감속기(100)의 감속비에 따른 동력 전달 메커니즘에 대한 상세한 설명은 이하에서 보다 상세히 서술한다.
조화 감속기(100)는 플렉스 스플라인(150)과 서큘러 스플라인(160) 사이에 제 3 실린더 베어링(173)을 포함할 수 있다. 제 3 실린더 베어링(173)은 플렉스 스플라인(150)과 서큘러 스플라인(160) 사이에 배치되어, 플렉스 스플라인(150)이 서큘러 스플라인(160)의 회전 속도와는 다른 속도로 회전 가능하도록 할 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 웨이브 제네레이터(120)를 하측에서 바라본 사시도이다. 그리고, 도 4는 도 3에서 웨이브 제네레이터(120)에 형성된 홈부(130)의 깊이를 개략적으로 도시한 모식도이다.
도 3과 도 4를 참조하면, 웨이브 제네레이터(120)의 하부면에는 형성된 홈부(130)는 베어링 볼(141)이 수용될 수 있도록 소정의 상하 방향 깊이를 가질 수 있다. 즉, 홈부(130)의 상하 방향 깊이에 기초하여, 베어링 볼(141)이 홈부(130) 내에 수용될 수 있다.
홈부(130)의 상하 방향 깊이는 웨이브 제네레이터(120)의 하부면의 외주를 따라 변화할 수 있다. 홈부(130)의 상하 방향 깊이는 대칭적으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 홈부(130)의 상하 방향 깊이가 가장 큰 곳(예를 들어, 도 4의 d1)은 웨이브 제네레이터(120)의 중심을 기준으로 대칭으로 위치할 수 있다. 또한, 홈부(130)의 상하 방향 깊이가 가장 작은 곳(예를 들어, 도 4의 d2)은 웨이브 제네레이터(120)의 중심을 기준으로 대칭으로 위치할 수 있다.
홈부(130)의 상하 방향 깊이가 웨이브 제네레이터(120)의 하부면의 외주를 따라 변화함에 따라, 웨이브 제네레이터(120)가 회전할 때, 볼 베어링이 접촉하는 홈부(130)의 상하 방향 깊이가 변화할 수 있다. 볼 베어링이 접촉하는 홈부(130)의 상하 방향 깊이가 변화함에 따라, 볼 베어링은 상하 방향을 가압될 수 있는데, 도 5 및 도 6을 참조하여 이하에서 보다 상세히 살펴보도록 한다.
도 5는 도 2에 도시된 웨이브 제네레이터(120) 및 베어링 부재(140)를 하측에서 바라본 단면 사시도이다. 그리고, 도 6은 도 5에서 홈부(130)의 깊이에 따른 베어링 부재(140)의 볼 베어링의 높이를 개략적으로 도시한 모식도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 베어링 볼(141)은 복수 개의 볼 부재(141a)를 포함할 수 있다. 케이지(142)에는 복수 개의 볼 부재가 각각 배치되고, 복수 개의 볼 부재를 홈부(130)에 유지시키도록 구성된 복수 개의 함몰부(142a)가 형성될 수 있다.
베어링 볼(141)은 케이지(142)에 의해 웨이브 제네레이터(120)의 홈부(130)에 유지될 수 있다. 베어링 볼(141)의 복수 개의 볼 부재(141a)는 케이지(142)의 함몰부(142a)에 배치될 수 있다. 웨이브 제네레이터(120)가 회전하면, 베어링은 볼(141)은 홈부(130)와 접촉을 유지하며, 회전 및 변위될 수 있다. 여기서, 베어링 볼(141)의 회전 및 변위는 베어링 볼(141)의 볼 부재(141a) 각각의 회전 및 변위를 의미할 수 있다. 웨이브 제네레이터(120)가 회전하면, 베어링 볼(141)은 홈부(130)의 상하 방향 깊이 변화에 기초하여 상하 방향으로 변위될 수 있다.
베어링 볼(141)이 상하 방향으로 변위될 때, 베어링 볼(141)은 홈부(130) 내에 수용된 채 웨이브 제네레이터(120)에 의해 가압되며 변위될 수 있다. 예를 들어, 홈부(130)의 상하 방향 깊이가 가장 작은 곳(예를 들어 도 4의 d2)에서 베어링 볼(141)은 홈부(130) 내에 수용된 채 하측으로 가압될 수 있다. 또한, 홈부(130)의 상하 방향 깊이가 가장 큰 곳(예를 들어 도 4의 d1)에서 베어링 볼(141)은 홈부(130) 내에 수용된 채 하측으로 가압되지 않거나, 보다 약하게 가압될 수 있다. 여기서, 홈부(130)의 상하 방향 깊이가 가장 큰 곳(예를 들어 도 4의 d1)에서 베어링 볼(141)이 약하게 가압된다는 것은, 홈부(130)의 상하 방향 깊이가 가장 작은 곳(예를 들어 도 4의 d2)에서 베어링 볼(141)이 가압되는 힘보다 더 작게 가압된다는 것을 의미할 수 있다.
도 6을 참조하여, 베어링 볼(141)이 하측으로 가압되면, 베어링 볼(141)의 적어도 일부와 접촉하는 플렉스 스플라인(150)도 하측으로 가압될 수 있다. 예를 들어, 베어링 볼(141)의 적어도 일부가 홈부(130)의 상하 방향 깊이가 가장 작은 곳(예를 들어 도 4의 d2)에서 하측으로 가압되고, 하측으로 가압되는 베어링 볼(141)과 플렉스 스플라인(150)의 일 부분이 접촉할 수 있다. 하측으로 가압되는 베어링 볼(141)에 의해 플렉스 스플라인(150)의 일 부분이 하측으로 가압될 수 있다.
가요성의 재료를 포함하는 플렉스 스플라인(150)은 가압에 의해 변형될 수 있다. 플렉스 스플라인(150)의 일 부분은 베어링 볼(141)에 의해 하측으로 가압되어 하측으로 변형될 수 있다. 플렉스 스플라인(150)의 일 부분이 베어링 볼(141)에 의해 가압되어 하측으로 변형됨에 따라, 플렉스 스플라인(150)의 하부면의 외주 부분과 서큘러 스플라인(160)의 상부면의 적어도 일부가 접촉할 수 있다.
도 7은는 일 실시예에 따른 조화 감속기(100)의 동작 시를 나타낸 도면이다. 그리고, 도 8은 도 7에서 A 부분을 확대하여 개략적으로 도시한 모식도이다.
일 실시예에 따른 조화 감속기(100)의 플렉스 스플라인(150)의 하부면의 외주를 따라 제 1 치차부(151a)가 형성될 수 있다. 플렉스 스플라인(150)의 제 1 치차부(151a)는 하측으로 향하도록 돌출될 수 있다.
조화 감속기(100)의 서큘러 스플라인(160)의 상부면에는 제 2 치차부(160a)가 형성될 수 있다. 서큘러 스플라인(160)의 제 2 치차부(160a)는 상측으로 향하도록 돌출될 수 있다. 플렉스 스플라인(150)의 제 1 치차부(151a)와 서큘러 스플라인(160)의 제 2 치차부(160a)는 서로 대응되도록 형성될 수 있다. 여기서, 제 1 치차부(151a)와 제 2 치차부(160a)가 대응되다는 것은, 제 1 치차부(151a)와 제 2 치차부(160a)가 서로 맞물리며, 플렉스 스플라인(150)과 서큘러 스플라인(160)이 서로 회전할 수 있음을 의미하며, 더 나아가 플렉스 스플라인(150)이 서큘러 스플라인(160)에 의해 감속될 수 있음을 의미할 수 있다.
제 1 치차부(151a)의 제 1 치차 수와 제 2 치차부(160a)의 제 2 치차 수는 서로 상이하다. 제 1 치차 수와 제 2 치차 수의 차이로 인해 감속된 출력이 전달될 수 있다.
웨이브 제네레이터(120)가 회전함에 따라, 플렉스 스플라인(150)의 일 부분은 베어링 볼(141)에 의해 가압되며 회전한다. 여기서, 플렉스 스플라인(150) 일 부분(예를 들어, 플렉스 스플라인(150)의 제 1 치차부(151a))과 서큘러 스플라인(160)의 일 부분(예를 들어, 서큘러 스플라인(160)의 제 2 치차부(160a))은 가변하는 지점에서 서로 치합될 수 있다. 즉, 플렉스 스플라인(150)과 서큘러 스플라인(160)이 만나는 지점이 웨이브 제네레이터(120)의 회전에 따라 변경될 수 있다.
보다 상세히, 웨이브 제네레이터(120)는 소정의 동력부(미도시) 연결된다. 예를 들어, 동력부에서 전달된 입력 동력에 의해서, 웨이브 제네레이터(120)는 제 1 축(X1)을 중심으로 하여 R1 방향으로 소정의 각속도로 회전할 수 있다.
도 2를 함께 참조하여, 웨이브 제네레이터(120)가 제 1 축(X1)을 중심으로 하여 회전하면, 웨이브 제네레이터(120)에 형성된 홈부(130) 또한 제 1 축(X1)을 중심으로 회전할 수 있다. 상술한 바와 같이, 웨이브 제네레이터(120)가 회전하게 되면, 웨이브 제네레이터(120)의 홈부(130)에 수용된 베어링 볼(141)이 회전하며 상하 방향으로 변위하게 된다. 플렉스 스플라인(150)의 일 부분은 상하 방향으로 변위하는 베어링 볼(141)로부터 가압 변형되어 플렉스 스플라인(150)의 제 1 치차부(151a)와 서큘러 스플라인(160)의 제 2 치차부(160a)가 서로 가변하는 지점에서 치합될 수 있다.
여기서, 제 1 치차부(151a)의 치차 수와 제 2 치차부(160a)의 치차 수가 서로 상이하므로, 플렉스 스플라인(150)이 감속되며, 감속된 출력이 R2 방향으로 회전하게 될 수 있다. 감속된 출력은 플렉스 스플라인(150)과 연결된 출력부(미도시)를 통해 외부로 전달될 수 있다.
일 실시예에 따른 조화 감속기(100)는 구성 요소의 형상을 원반형으로 개선하며, 형성된 홈부(130)의 깊이가 하부면의 외주를 따라서 변화되게 하여, 특정 지점에서의 플렉스 스플라인(150)과 서큘러 스플라인(160)이 맞물리는 점을 제어할 수 있도록 설계한다. 이에 따라, 조화 감속기(100)를 경량화 할 수 있으며, 부피 감소가 가능하다.
또한, 일 실시예에 따른 조화 감속기(100)는 홈부(130)가 형성된 웨이브 제네레이터(120) 및 상기 홈부(130)에 수용되는 베어링 볼(141)을 포함한다. 베어링 볼(141)을 이용한 구름 마찰로써 플렉스 스플라인(150)을 가압함으로써, 조화 감속기(100)의 구성 요소들 사이에 발생할 수 있는 마찰을 감소시키고, 감소된 마찰에 기초하여 효율을 증가시킬 수 있다.
도 9는 도 2에 도시된 플렉스 스플라인(150)의 결합 시 사시도이다. 그리고, 도 10은 도 9의 플렉스 스플라인(150)의 분해 시 사시도이다.
도 2를 함께 참조하면, 일 실시예에 따른 조화 감속기(100)의 플렉스 스플라인(150)은 베어링 부재(140)의 적어도 일부와 접촉하는 탄성 변형부(151)를 포함할 수 있다. 탄성 변형부(151)는 베어링 부재(140)의 회전 및 변위에 의해 가압되며 변형될 수 있다.
플렉스 스플라인(150)은 탄성 변형부(151)와 결합되는 동력 전달부(152)를 포함할 수 있다. 탄성 변형부(151)와 동력 전달부(152)는 서로 분리 가능하도록 구성될 수 있다. 동력 전달부(152)는 외부에 동력을 전달하도록 구성될 수 있다. 동력 전달부(152)는 출력부(미도시)와 연결되어, 출력부에 동력을 전달하도록 구성될 수 있다.
플렉스 스플라인(150)의 탄성 변형부(151)와 동력 전달부(152)는 서로 다른 강성(stiffness)을 가지도록 서로 다른 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 플렉스 스플라인(150)의 탄성 변형부(151)는 동력 전달부(152)보다 더 가요성이 큰 재료를 포함할 수 있다. 즉, 탄성 변형부(151)가 동력 전달부(152) 보다 더 플렉서블(flexible)한 재료를 포함하여, 외력이 가해졌을 때, 더 쉽게 변형될 수 있다.
탄성 변형부(151)는 원반 형상을 가질 수 있다. 탄성 변형부(151)의 원반 형상 중심에는 상하 방향으로 개방된 통공(1511)이 형성될 수 있다. 탄성 변형부(151)와 동력 전달부(152)가 결합되면, 동력 전달부(152)는 탄성 변형부(151)의 통공(1511)을 관통하도록 배치될 수 있다.
동력 전달부(152)는 제 1 동력 전달부(152a) 및 제 2 동력 전달부(152b)를 포함할 수 있다. 제 1 동력 전달부(152a)는 탄성 변형부(151)의 상측에 결합될 수 있다. 제 1 동력 전달부(152a)는 제 2 실린더 베어링(172)과 접촉할 수 있다. 제 2 동력 전달부(152b)는 탄성 변형부(151)의 하측에 결합될 수 있다. 제 2 동력 전달부(152b)는 제 3 실린더 베어링(도 2의 173)과 접촉할 수 있다.
일 실시예에 따른 조화 감속기(100)의 플렉스 스플라인(150)의 탄성 변형부(151)와 동력 전달부(152)를 분리하여 제조 원가를 낮추고 탄성 변형에 필요한 에너지를 절감할 수 있다. 분리형 플렉스 스플라인(150)에 기초하여, 플렉스 스플라인(150)에 발생할 수 있는 응력 집중을 방지하고 탄성 변형에 필요한 에너지를 감소시켜 효율이 증가될 수 있다.
일 실시예에 따른 조화 감속기(100)는 분리형 플렉스 스플라인(150)을 통해 플렉스 스플라인(150)의 소정 부분(예를 들어, 탄성 변형부(151))을 탄성 변형시키는데 필요한 에너지를 감소시킬 수 있다. 또한, 필요에 따라 플렉스 스플라인(150)의 소정 부분만의 두께를 선택적으로 늘릴 수 있어, 회전방향의 강성을 증대시킬 수 있다.
도 11은 일 실시예에 따른 동력 전달 시스템(200)의 모식도이다.
동력 전달 시스템(200)은 상술한 일 실시예에 따른 조화 감속기(100)를 포함한다. 동력 전달 시스템(200)은 동력을 생성하고, 생성된 동력을 조화 감속기(100)에 전달하도록 구성된 동력부(210)를 포함한다. 동력부(210)는 조화 감속기(100)와 연결될 수 있다. 동력부(210)는 예를 들어 모터일 수 있다. 동력부(210)는 회전 동력을 생성하여 조화 감속기(100)에 전달할 수 있다.
동력 전달 시스템(200)은 조화 감속기(100)에 의해 감속된 동력을 전달받도록 구성된 출력부(220)를 포함한다. 출력부(220)는 조화 감속기(100)와 연결될 수 있다. 출력부(220)는 예를 들어 출력 기어일 수 있다. 예를 들어, 동력부(210)가 조화 감속기(100)의 상측 단부 측에 연결될 때, 출력부(220)는 조화 감속기(100)의 하측 단부 측에 연결될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 조화 감속기
110: 상측 하우징
120: 웨이브 제네레이터
130: 홈부
140: 베어링 부재
141: 베어링 볼
141a: 볼 부재
142a: 함몰부
150: 플렉스 스플라인
151: 탄성 변형부
151a: 제 1 치차부
1511: 통공
152: 동력 전달부
152a: 제 1 동력 전달부
152b: 제 2 동력 전달부
160: 서큘러 스플라인
160a: 제 2 치차부
171: 제 1 실린더 베어링
172: 제 2 실린더 베어링
173: 제 3 실린더 베어링
200: 동력 전달 시스템
210: 동력부
220: 출력부

Claims (11)

  1. 원반 형상을 갖고, 하부면의 외주를 따라 홈부가 형성되며, 제 1 축을 중심으로 회전하도록 구성된 웨이브 제네레이터;
    상기 홈부에 수용되고, 상기 웨이브 제네레이터의 회전에 기초하여 회전 및 변위 가능하도록 구성되는 베어링 볼과, 상기 베어링 볼을 상기 홈부에 유지시키도록 구성된 케이지를 포함하는 베어링 부재;
    상기 베어링 볼의 적어도 일부와 접촉하며, 상기 웨이브 제네레이터의 회전에 기초한 상기 베어링 볼의 회전 및 변위에 의해 상기 제 1 축을 중심으로 회전 가능하도록 구성되고, 가요성인 플렉스 스플라인; 및
    상기 플렉스 스플라인의 하부면의 외주 부분과 적어도 일부가 접촉하는 상부면을 갖고, 원반 형상을 갖는 서큘러 스플라인;을 포함하고,
    상기 베어링 볼이 수용되는 상기 홈부의 상하 방향 깊이는 상기 웨이브 제네레이터의 상기 하부면의 외주를 따라 변화하고,
    상기 웨이브 제네레이터가 회전하면, 상기 베어링 볼은 상기 홈부의 상하 방향 깊이 변화에 기초하여 상하 방향으로 변위되는,,
    조화 감속기.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨이브 제네레이터가 회전하면, 상기 플렉스 스플라인의 일 부분은 상하 방향으로 변위하는 상기 베어링 볼로부터 가압되고,
    상기 플렉스 스플라인의 일 부분이 상기 베어링 볼에 의해 상하 방향으로 가압됨에 따라, 상기 플렉스 스플라인의 하부면의 외주 부분과 상기 서큘러 스플라인의 상기 상부면의 적어도 일부가 접촉하는,
    조화 감속기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 플렉스 스플라인의 상기 하부면의 외주를 따라 제 1 치차부가 형성되고,
    상기 서큘러 스플라인의 상기 상부면에는 상기 제 1 치차부와 대응되도록 구성된 제 2 치차부가 형성되고,
    상기 웨이브 제네레이터가 회전함에 따라,
    상기 제 1 치차부와 상기 제 2 치차부는 가변하는 지점에서 서로 치합되는,
    조화 감속기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 치차부의 제 1 치차 수와 상기 제 2 치차부의 제 2 치차 수는 서로 상이한,
    조화 감속기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 베어링 볼은 복수 개의 볼 부재를 포함하고,
    상기 케이지에는, 상기 복수 개의 볼 부재가 각각 배치되고 상기 복수 개의 볼 부재를 상기 홈부에 유지시키도록 구성된 복수 개의 함몰부가 형성된,
    조화 감속기.
  7. 원반 형상을 갖고, 하부면의 외주를 따라 홈부가 형성되며, 제 1 축을 중심으로 회전하도록 구성된 웨이브 제네레이터;
    상기 홈부에 수용되고, 상기 웨이브 제네레이터의 회전에 기초하여 회전 및 변위 가능하도록 구성되는 베어링 볼과, 상기 베어링 볼을 상기 홈부에 유지시키도록 구성된 케이지를 포함하는 베어링 부재;
    상기 베어링 부재의 적어도 일부와 접촉하며, 상기 웨이브 제네레이터의 회전에 기초한 상기 베어링 부재의 회전 및 변위에 의해 상기 제 1 축을 중심으로 회전 가능하도록 구성되고, 가요성인 플렉스 스플라인; 및
    상기 플렉스 스플라인의 하부면의 외주 부분과 적어도 일부가 접촉하는 상부면을 갖고, 상기 플렉스 스플라인과의 접촉에 의해 상기 제 1 축을 중심으로 회전 가능하도록 구성되고, 원반 형상을 갖는 서큘러 스플라인;을 포함하되,
    상기 플렉스 스플라인은,
    상기 베어링 부재의 적어도 일부와 접촉하며, 상기 베어링 부재의 회전 및 변위에 의해 가압되며 변형되는 탄성 변형부; 및
    상기 탄성 변형부와 결합되며, 외부에 동력을 전달하도록 구성된 동력 전달부를 포함하고,
    상기 베어링 볼이 수용되는 상기 홈부의 상하 방향 깊이는 상기 웨이브 제네레이터의 상기 하부면의 외주를 따라 변화하고,
    상기 웨이브 제네레이터가 회전하면, 상기 베어링 볼은 상기 홈부의 상하 방향 깊이 변화에 기초하여 상하 방향으로 변위되는,
    조화 감속기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 탄성 변형부와 상기 동력 전달부는 서로 분리 가능한,
    조화 감속기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 탄성 변형부는 원반 형상을 갖되, 상기 탄성 변형부의 원반 형상 중심에는 상하 방향으로 개방된 통공이 형성되고,
    상기 탄성 변형부와 상기 동력 전달부가 결합되면, 상기 동력 전달부는 상기 탄성 변형부의 상기 통공을 관통하도록 배치되는,
    조화 감속기.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 동력 전달부는,
    상기 탄성 변형부의 상측에 결합되는 제 1 동력 전달부; 및
    상기 탄성 변형부의 하측에 결합되는 제 2 동력 전달부;를 포함하는,
    조화 감속기.
  11. 제 1 항, 제3항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 조화 감속기;
    동력을 생성하고, 생성된 동력을 상기 조화 감속기에 전달하도록 구성된 동력부; 및
    상기 조화 감속기에 의해 감속된 동력을 전달받도록 구성된 출력부;를 포함하는,
    동력 전달 시스템
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