KR200250420Y1 - 엔코더 - Google Patents

Abstract

본 고안은 로봇용 기어박스에 설치되는 모터의 회전축선상에 연결되어 모터의 회전을 감지하는 엔코더(Encoder)에 관한 것으로서, 모터의 회전에 따라 광원을 제공하는 발광부재와; 발광부재의 인접영역에 소정 이격 거리를 갖도록 설치되어 발광부재에서 제공되는 광원을 수광하는 복수의 수광부재와; 모터의 회전에 따라 회전가능하도록 발광부재와 수광부재의 인접영역에 설치되어 모터가 회전할 때, 발광부재에서 제공되는 광원이 복수의 수광부재를 통해 교대로 수광되도록 복수의 수광부재를 교번적으로 차단시키는 적어도 하나의 슬릿을 가지는 판상의 슬릿부재를 갖는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 로봇용 기어박스에 설치된 모터의 정회전 및 역회전을 용이하게 감지할 수 있으며, 어느 일방향으로 회전하던 모터가 어느 시점부터 다른 방향으로 동작하는 지를 확인할 수 있다.

Description

엔코더{Encoder}

본 고안은 엔코더에 관한 것으로, 보다 상세하게는 모터의 회전방향을 감지할 수 있는 엔코더에 관한 것이다.

엔코더(Encoder)는 입력축에 주어진 회전각도(아날로그량)를 디지털신호로 변환하는 위치, 속도, 가속도센서로, 최근 급속하게 발전하는 디지털기술에 의해 그 사용분야가 널리 확대되고 있다. 특히, 엔코더는 물리량, 회전각도, 위치, 속도, 가속도 등의 아날로그량을 디지털량으로 변환하여 동작을 수행할 필요성이 높은 FA(Factory Automation)분야, 로봇, 엘리베이터 및 서보 모터분야 등에 널리 사용되고 있다. 이처럼 다양한 분야에 사용되는 엔코더는, 판면을 관통하는 복수의 슬릿을 구비하며 모터의 회전축에 연결되어 모터의 회전에 따라 회전하는 회전판부와, 회전판부를 사이에 두고 배치되어 광원을 회전판부로 입사하는 발광부재와 회전판부로 입사된 광원을 수광하는 수광부재로 구성된다.

그런데, 이러한 종래의 엔코더에 있어서는, 모터의 회전에 따라 바퀴의 회전 속도, 가속도 등을 감지할 수 있으나 모터의 회전에 따라 전진하던 바퀴가 그 방향을 바꾸는 경우, 바퀴의 회전이 정회전인지 역회전인지를 감지하는 것이 용이하지 않으며, 예컨대, 전진을 계속하던 바퀴가 후진을 하는 경우 어느 시점까지 감속된 후 언제부터 진행방향을 변환하는 지를 알 수 없다는 문제점을 가지고 있다.

따라서, 본 고안은 상기한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 고안의 목적은 모터의 회전에 따라 전진 및 후진하는 바퀴의 동작방향을 용이하게 알 수 있으며, 일방향으로 동작하던 바퀴가 언제부터 감속되는 지를 알 수 있는 엔코더를 제공하는 데 있다.

도 1은 본 고안에 따른 엔코더가 장착된 실시예의 분해사시도이며,

도 2는 본 고안에 따른 엔코더의 확대분해사시도이며,

도 3a 및 도 3b는 본 고안에 따른 엔코더의 정회전에 따른 작동상태도이고,

도 4a 및 도 4b는 본 고안에 따른 엔코더의 역회전에 따른 작동상태도이고,

도 5는 도 1의 Ⅳ-Ⅳ선에 따른 엔코더의 확대단면도이고,

도 6은 본 고안의 다른 실시예에 따라 엔코더가 설치된 바퀴와 모터의 개략적 평단면도이고,

도 7은 도 6의 바퀴에 설치된 엔코더를 확대한 분해사시도이다.

♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣

1 : 기어박스 10 : 하부케이싱

11 : 모터 15 : 기어열

17 : 기어축 20, 50 : 엔코더(Encoder)

21 : 슬릿부재 23, 53 : 슬릿

25, 55 : 발광부재 27, 57 : 수광부재

30 : 상부케이싱 31 : 함몰수용부

33 : 슬릿장착부 35 : 광원투과부

39 : 바퀴 51 : 격자

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안은 로봇용 기어박스에 설치되는 모터의 회전축선상에 연결되어 상기 모터의 회전을 감지하는 엔코더에 관한 것으로서, 상기 모터의 회전에 따라 광원을 제공하는 발광부재와; 상기 발광부재의 인접영역에 소정 이격 거리를 갖도록 설치되어 상기 발광부재에서 제공되는 상기 광원을 수광하는 복수의 수광부재와; 상기 모터의 회전에 따라 회전가능하도록 상기 발광부재와 상기 수광부재의 인접영역에 설치되어 상기 모터가 회전할 때, 상기 발광부재에서 제공되는 상기 광원이 상기 복수의 수광부재를 통해 교대로 수광되도록 상기 복수의 수광부재를 교번적으로 차단시키는 적어도 하나의 슬릿을 가지는 판상의 슬릿부재를 갖는 것을 특징으로 한다.

여기서, 슬릿은 상기 수광부재사이의 간격에 따라 다르게 형성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 고안에 따른 로봇용 기어박스에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 고안에 따른 엔코더가 설치된 로봇용 기어박스의 분해사시도이며,도 2는 본 고안에 따른 엔코더의 확대분해사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 로봇용 기어박스(1)는 모터를 수용하는 통형상의 하부케이싱(10)과, 하부케이싱(10)의 상부에 나사(37) 결합되는 상부케이싱(30)을 갖는다. 하부케이싱(10)에는 회전축을 가지며 상호 평행하게 배치된 한 쌍의 모터(11)와, 모터(11)의 회전축에 상호 맞물림 결합되어 모터(11)의 회전력을 전달하는 기어열(15)이 설치되어 있다. 기어박스(1)의 외부에는 모터(11)의 회전축 상에 연결되어 모터(11)의 회전시 기어열(15)을 통해 전달된 회전력을 제공받아 구동하는 바퀴(39)가 설치되어 있다. 또한, 기어박스(1)에는 하부케이싱(10)에 장착된 모터(11)의 회전에 따라 구동하는 바퀴(39)의 회전위치를 감지할 수 있도록 엔코더(Encoder)(20)가 설치되어 있다.

이 엔코더(20)는 슬릿부재(21), 발광부재(25), 수광부재(27)를 갖는다. 여기서, 슬릿부재(21)는 모터(11)의 회전에 따라 회전 가능하도록 기어열(15)의 기어축(17)상에 연결되어 있으며, 슬릿부재(21)에는 원판상으로 그 둘레 방향을 따라 소정 간격을 두고 절개된 복수의 슬릿(23)이 형성되어 있다. 슬릿부재(21)에 형성된 슬릿(23)의 수는 제어정밀도에 따라 그 수를 조절할 수 있음은 물론이다. 본 실시예에서의 슬릿(23)은 슬릿부재(21)의 둘레면으로부터 슬릿부재(21)의 중심을 향해 절개되어 있으나 슬릿부재(21)의 판면을 관통하는 장공형상으로 형성할 수도 있다.

발광부재(25)와 수광부재(27)는 슬릿부재(21)의 인접영역에 설치되며, 발광부재(25)는 슬릿부재(21)로 광원을 입사시키며, 수광부재(27)는 발광부재(25)로부터 슬릿부재(21)로 입사된 광원을 수광한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 고안에서의 수광부재(27)는 발광부재(25)로부터 제공되는 광원을 교대로 수광할 수 있도록 한 쌍으로 이루어지며, 한 쌍의 수광부재(27; 27a,27b)는 슬릿부재(21)의 회전방향에 따라 수광순서가 달라진다.

이하에서는 도 3a, 도 3b, 및 도 4a, 도 4b를 참조하여, 본 고안에 따른 엔코더의 작동상태를 설명한다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 슬릿부재(21)가 시계방향(도면에서 실선화살표방향)으로 회전하는 경우에는 한 쌍의 수광부재(27a,27b)가 [수광부재(27a)→ 수광부재(27b)]→ 수광부재(27a)→ 수광부재(27b)...와 같이 교대로 광원을 수광한다. 그와 반대로 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 슬릿부재(21)가 반시계방향으로 회전하는 경우에는 수광부재(27b)→[수광부재(27a)→수광부재(27b)]→수광부재(27a)...로 교대로 광원을 수광한다. 이에 따라, 모터(11)를 감속할 때, 어느 위치까지 감속이 되다가 회전방향이 전환되는지를 용이하게 판단할 수 있으며, 그에 따른 감속구간을 정확하게 파악할 수 있다.

단, 도 3a 및 도 3b에서와 같이, 수광부재(27a)에서 광원이 수광된 후 수광부재(27b)에서 광원이 수광되는 시계방향회전의 경우와, 도 4a 및 도 4b에서와 같이 수광부재(27a)에서 광원이 수광된 후 수광부재(27b)가 광원이 수광되는 반시계방향회전의 경우를 모두 동일한 회전방향으로 판단하는 오류를 방지하기 위하여, 어느 하나의 기준 슬릿을 설정한 후 기준슬릿을 통해 수광부재(27a)에서 광원을 감지하는 시간과 수광부재(27b)에서 광원을 감지하는 시간의 차이에 따라 그 회전방향을 설정할 수 있다. 예를 들면, 수광부재(27a)에서 광원을 감지한 시간과 수광부재(27b)에서 광원을 감지한 시간의 차이가 0.2초인 경우를 정회전이라 가정하면, 수광부재(27a)에서 광원을 감지한 시간과 수광부재(27b)에서 감지한 시간의 차이가 그 보다 긴 경우를 역회전인 것으로 추정할 수 있다.

슬릿부재(21)에 형성된 슬릿(23)의 간격은 수광부재(27a)와 수광부재(27b) 사이 간격에 따라 다르게 설정할 수 있으며, 이때 슬릿부재(21)에 형성된 슬릿사이의 간격은 한 쌍의 수광부재(27a,27b)가 동시에 광원을 수광하지 않고 교대로 수광하도록 설정해야 한다. 예컨대, 슬릿(23)의 간격은 수광부재(27a)와 수광부재(27b) 사이 간격의 n/4(n=1,3,5,...)로 하여 발광부재(25)에서 제공되는 광원이 수광부재(27a)와 수광부재(27b)에 동시에 수광되지 않도록 할 수 있으며, 이에 따라 발광부재(25)에서 제공되는 광원을 한 쌍의 수광부재(27a,27b)로 동시에 수광하거나 동시에 수광하지 않는 것을 방지할 수 있다. 또한, 슬릿부재(21)에 형성된 브러쉬(24)의 간격을 1로 하는 경우에 있어서는 수광부재(27a) 및 수광부재(27b)의 간격을 n/4(단, n=1,3,5,...)로 하여 이들 수광부재(27a,27b)가 동시에 광원을 수광하는 것을 방지할 수 있다.

도 5는 도 1의 Ⅳ-Ⅳ선에 따른 엔코더의 확대단면도이다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 본 고안의 발광부재(25)와 수광부재(27)는 상부케이싱(30)에 설치되어 있다. 상부케이싱(30)에는 발광부재(25)와 수광부재(27)의 설치를 위해 상부케이싱(30)의 상면으로부터 하부케이싱(10)측을 향해 소정 깊이 함몰된 함몰수용부(31)가 형성되어 있다. 함몰수용부(31)는 발광부재(25)와 수광부재(27)의 형상에 대응하도록 형성된 수용공간에 발광부재(25)와 수광부재(27)를 수용하며, 또한, 함몰수용부(31)에는 함몰수용부(31)에 장착된 발광부재(25)와 수광부재(27) 사이에 슬릿부재(21)를 위치시킬 수 있도록 슬릿장착부(33)가 마련되어 있다.

슬릿장착부(33)는, 슬릿부재(21)를 적어도 부분적으로 수용하도록 함몰수용부(31)의 저부면으로부터 상부케이싱(30)의 상면을 향해 '∩' 형상으로 돌출되어 있다. '∩' 형상의 슬릿장착부(33)의 양측면에는 판면을 관통하는 장공의 광원투과부(35)가 형성되어 있다. 발광부재(25)에 인접하게 형성된 광원투과부(35)는 발광부재(25)로부터의 입사 광원을 슬릿부재(21)로 제공하고, 수광부재(27)에 인접하게 형성된 광원투과부(35)는 슬릿부재(21)의 슬릿(23)을 투과한 광원을 수광부재(27)로 제공한다.

이와 같은 구성에 의하여, 본 로봇용 기어박스(1)에 설치된 모터(11)가 회전하면, 모터(11)의 회전력이 기어열(15)에 전달되어 기어박스(1)의 외측에 설치된 바퀴(39)를 구동시킨다. 모터(11)의 회전에 의해 바퀴(39)가 회전하면, 발광부재(25)로부터 제공되는 광원은, 도 5에 도시된 바와 같이, 광원투과부(35)를 통해 슬릿부재(21)로 입사된다. 슬릿부재(21)로 입사된 광원은 슬릿부재(21)를 투과한 후, 광원투과부(35)를 거쳐 수광부재(27a,27b)에 의해 교대로 수광 검출된다. 이처럼 수광부재(27a,27b)에서 교대로 검출된 광원에 의하여, 엔코더(20)는 바퀴(39)의 위치검출, 모터(11)의 속도검출, 모터(11)의 위치 결정제어에 있어서의 위치정보검출, 및 모터(11)의 정역회전 검출에 따른 바퀴(39)의 회전방향 판단 등을 수행할 수 있다.

도 6은 본 고안의 다른 실시예에 따른 엔코더가 장착된 바퀴와 모터의 개략적 평단면도이고, 도 7은 도 6의 바퀴에 설치된 엔코더를 확대한 분해사시도이다. 도 이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 모터(11)의 회전축(13)선상에 연결되어 모터(11)의 회전을 감지하는 엔코더(50)가 바퀴영역에 설치되어 있는 것이 개시되어 있다. 본 고안의 엔코더(50)는 바퀴(39)의 내측부에 바퀴휠의 가장자리 부근에서 소정 간격으로 배열되며 바퀴(39)의 축방향과 평행하도록 배치된 복수의 슬릿(53)을 구비한 격자(51)와, 격자(51)의 인접영역에 설치되어 격자(51)를 향해 광원을 제공하는 발광부재(55)와, 격자(51)로 제공된 광원을 검출하는 수광부재(57)를 포함하여 구성된다. 본 실시예에서는 발광부재(55)를 격자(51)의 외측에 설치하고, 수광부재(57)를 격자(51)의 내측에 설치하였으나, 그와 반대로 발광부재(55)를 격자(51)의 내측에 수광부재(57)를 격자(51)의 외측에 설치할 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 설명의 편의상 발광부재(55)와 수광부재(57)를 지지하여 위치 고정시키는 연결부재 등을 도시 생략하였다.

여기서, 격자(51)에는 등간격으로 분할된 다수의 슬릿(53)이 형성되어 있으며, 격자(51)에 형성된 슬릿(53)은 모터(11)의 회전을 정밀제어하기 위해 그 간격을 달리 할 수 있다. 또한, 슬릿(53)의 간격은 수광부재(57a,57b) 사이의 간격에 따라 그 간격을 다르게 할 수 있으며, 이때 슬릿사이의 간격은 수광부재(57a,57b)가 동시에 광원을 수광하지 않도록 그 간격을 설정해야 한다.

본 실시예에서의 수광부재(57)는 발광부재(55)로부터 제공되는 광원을 교대로 검출할 수 있도록 한 쌍이 마련되어 있으며, 한 쌍의 수광부재(57a,57b)는격자(51)의 회전에 따라 교대로 광원을 수광하므로 모터의 회전에 따른 바퀴의 회전방향을 감지할 수 있다.

전술한 실시예에서는, 케이싱의 내부에 마련된 기어열(15)의 기어축(17)상에 엔코더(20)의 슬릿부재(21)를 설치하는 것에 관하여 설명하였지만, 하부케이싱(10)의 내부에 마련된 모터(11)의 회전축(13)에 엔코더(20)의 슬릿부재(21)를 연결하여도 전술한 목적을 달성할 수 있음은 물론이다.

전술한 실시예에서는 두 개의 수광부재가 설치되어 있는 것에 관하여 설명하였지만, 세 개 이상의 수광부재를 설치하여 회전방향을 감지할 수 있음은 물론이다.

이상의 설명은 하나의 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 고안은 상술한 실시예에 한정되지 않으며 첨부한 실용신안등록청구범위 내에서 다양하게 변경 가능한 것이다. 예를 들어 본 고안의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소의 형상 및 구조는 변형하여 실시할 수 있는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안에 따른 엔코더에 의하면, 모터의 회전축선상에 모터의 회전에 따른 회전속도 및 가속도 등을 검출할 수 있는 엔코더를 설치함으로써, 모터의 정회전 및 역회전을 용이하게 감지할 수 있으며, 모터를 감속을 하는 경우 어느 시점부터 감속이 되다가 역회전이 되는 지를 판단할 수 있으므로 감속기간을 정확하게 맞출 수 있는 효과가 제공된다.

Claims (4)

1. 로봇용 기어박스에 설치되는 모터의 회전축선상에 연결되어 상기 모터의 회전을 감지하는 엔코더에 있어서,

   상기 모터의 회전에 따라 광원을 제공하는 발광부재와;

   상기 발광부재의 인접영역에 소정 이격 거리를 갖도록 설치되어 상기 발광부재에서 제공되는 상기 광원을 수광하는 복수의 수광부재와;

   상기 모터의 회전에 따라 회전가능하도록 상기 발광부재와 상기 수광부재의 인접영역에 설치되어 상기 모터가 회전할 때, 상기 발광부재에서 제공되는 상기 광원이 상기 복수의 수광부재를 통해 교대로 수광되도록 상기 복수의 수광부재를 교번적으로 차단시키는 적어도 하나의 슬릿을 가지는 판상의 슬릿부재를 갖는 것을 특징으로 하는 엔코더.
2. 제1항에 있어서,

   상기 슬릿은 상기 수광부재 사이의 간격에 따라 다르게 형성되는 것을 특징으로 하는 엔코더.
3. 제1항에 있어서,

   상기 엔코더는 상기 로봇용 기어박스의 내부에 적어도 부분적으로 설치되어 상기 모터의 회전을 감지하는 것을 특징으로 하는 엔코더.
4. 제1항에 있어서,

   상기 엔코더는 상기 로봇용 기어박스의 외부에 적어도 부분적으로 설치되어 상기 모터의 회전을 감지하는 것을 특징으로 하는 엔코더.