KR20110053950A

KR20110053950A - 파동식 직선운동기구 및 파지기구

Info

Publication number: KR20110053950A
Application number: KR1020117002135A
Authority: KR
Inventors: 게이지 우에우라
Original assignee: 가부시키가이샤 하모닉 드라이브 시스템즈
Priority date: 2008-08-22
Filing date: 2008-08-22
Publication date: 2011-05-24
Also published as: WO2010021015A1; US20110133382A1; US8430386B2; DE112008003989T5; JPWO2010021015A1; CN102132069A; JP5241843B2; CN102132069B

Abstract

파지기구(1)의 파동식 직선운동기구(4)에서는, 입력축(11)에 부착된 제1, 제2파동발생기(12, 13)에 의하여 플렉시블 스크루(14)의 제1수나사(32), 제2수나사(33)가 형성되어 있는 부분이 타원형으로 휘어져서, 제1, 제2수나사(32, 33)가 각각 제1, 제2서큘러 너트(15, 16)의 제1, 제2암나사(42, 44)에 부분적으로 맞물려 있다. 제1, 제2서큘러 너트(15, 16)에는 각각 제1, 제2파지부재(5, 6)가 탑재되어 있다. 모터(3)에 의하여 입력축(11)을 회전시키면, 그 회전방향을 따라 제1, 제2파지부재(5, 6)가 개폐되어 물체(W)의 개방 및 파지동작을 한다.

Description

파동식 직선운동기구 및 파지기구{WAVE TYPE LINEAR MOTION MECHANISM AND HOLDING MECHANISM}

본 발명은, 리드(lead)가 서로 다른 서큘러 너트(circular nut)(강성 암나사(剛性 female screw))와 플렉시블 스크루(flexible screw)(가요성 수나사(可撓性 mele screw))를 부분적으로 맞물리게 하고, 이들의 맞물림 위치를 원주방향으로 이동시킴으로써, 이들의 사이에 상대직선운동(相對直線運動)을 발생시키는 파동식 직선운동기구(波動式直線運動機構)에 관한 것이다.

리니어 액추에이터(linear actuator)로서 파동식 직선운동기구가 알려져 있다. 파동식 직선운동기구는, 강성부재(剛性部材)로 이루어지는 서큘러 너트와, 반경방향으로 휘어질 수 있는 가요성 부재(可撓性部材)로 이루어지는 플렉시블 스크루와, 플렉시블 스크루를 반경방향으로 휘어지게 하여 서큘러 너트에 부분적으로 맞물리게 하고 있는 파동발생기(波動發生器)를 구비하고 있고, 서큘러 너트 및 플렉시블 스크루의 리드가 서로 다르게 되어 있다. 파동발생기를 회전시키면, 이들의 맞물림 위치가 원주방향으로 이동하여, 이들 사이에 축선방향(軸線方向)으로의 상대직선운동이 발생한다. 너트 및 스크루의 일방(一方)을 고정하여 두면, 타방(他方)이 축선방향으로 직선운동한다. 이러한 구성의 파동식 직선운동기구는 특허문헌1, 2에 개시되어 있다.

일본국 공개실용신안 실공평6-38195호 공보 일본국 공개특허 특개2007-154955호 공보

여기에서 파동식 직선운동기구를 사용하여 손가락 부재(finger 部材), 암 부재(arm 部材) 등의 한 쌍의 파지부재(把持部材)를 개폐하는 파지기구(把持機構)를 구성하는 경우에는, 각 파지부재를 이동시키기 위하여 2대의 파동식 직선운동기구가 필요하다. 이 때문에 기구가 대형화 되고 또한 모터 등의 회전구동원으로부터의 동력전달기구가 복잡화 된다.

본 발명의 과제는, 한 쌍의 파지부재를 개폐하는 파지기구를 소형이고 컴팩트(compact)하게 구성할 수 있는 파동식 직선운동기구를 제안하는 것에 있다.

상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 파동식 직선운동기구(波動式直線運動機構)는,

반경방향으로 휘어질 수 있는 가요성 원기둥(可撓性圓筒) 및 이 가요성 원기둥의 외주면(外周面)에 있어서의 축선방향(軸線方向)이 서로 다른 위치에 형성된 제1수나사(first male screw) 및 제2수나사(second male screw)를 구비하고, 이들 제1, 제2수나사가 역방향으로 깍여 있는 플렉시블 스크루(flexible screw)와,

상기 플렉시블 스크루에 있어서의 상기 제1수나사가 형성되어 있는 부분을 동축(同軸)으로 둘러싸고 있는 제1강성 원기둥(第一剛性圓筒) 및 이 제1강성 원기둥의 내주면(內周面)에 형성된 제1암나사(first female screw)를 구비하고, 이 제1암나사는 상기 제1수나사에 맞물림이 가능함과 아울러 당해 제1수나사와는 리드(lead)가 다르게 되어 있는 제1서큘러 너트(first circular nut)와,

상기 플렉시블 스크루에 있어서의 상기 제2수나사가 형성되어 있는 부분을 동축으로 둘러싸고 있는 제2강성 원기둥 및 이 제2강성 원기둥의 내주면에 형성된 제2암나사(second female screw)를 구비하고, 이 제2암나사는 상기 제2수나사에 맞물림이 가능함과 아울러 당해 제2수나사와는 리드가 다르게 되어 있는 제2서큘러 너트(second circular nut)와,

상기 플렉시블 스크루에 있어서의 상기 제1수나사가 형성되어 있는 부분의 내측에 동축으로 삽입되어 있는 비원형(非圓形) 윤곽의 제1파동발생기(第一波動發生器)와,

상기 플렉시블 스크루에 있어서의 상기 제2수나사가 형성되어 있는 부분의 내측에 동축으로 삽입되어 있는 비원형 윤곽의 제2파동발생기(第二波動發生器)와,

상기 제1파동발생기 및 상기 제2파동발생기가 동축으로 고정되어 있는 입력축(入力軸)을 구비하고 있고,

상기 플렉시블 스크루는 축선방향의 이동 및 그 중심축선(中心軸線)을 중심으로 하여 회전을 할 수 없는 상태로 지지되고, 상기 제1, 제2서큘러 너트는 축선방향으로의 이동이 가능하고, 그 중심축선을 중심으로 하여 회전하지 않는 상태로 지지되어 있고,

상기 제1파동발생기에 의하여 상기 플렉시블 스크루의 상기 제1수나사가 형성되어 있는 부분이 비원형으로 휘어져서, 상기 제1수나사가 상기 제1암나사에 대하여 원주방향을 따라 부분적으로 맞물린 상태가 형성되고 있고,

상기 제2파동발생기에 의하여 상기 플렉시블 스크루의 상기 제2수나사가 형성되어 있는 부분이 비원형으로 휘어져서, 상기 제2수나사가 상기 제2암나사에 대하여 원주방향을 따라 부분적으로 맞물린 상태가 형성되고 있고,

상기 입력축이 회전하여 상기 제1, 제2파동발생기가 회전하면, 상기 제1수나사와 상기 제1암나사의 맞물림 위치 및 상기 제2수나사와 상기 제2암나사의 맞물림 위치가 각각 원주방향으로 이동하여, 상기 제1, 제2서큘러 너트가 축선방향을 따라 역방향(逆方向)으로 이동하는 것을 특징으로 하고 있다.

여기에서 상기 제1파동발생기 및 상기 제2파동발생기는 타원형(楕圓形) 윤곽의 것인 경우에는, 상기 제1파동발생기에 의하여 상기 플렉시블 스크루의 상기 제1수나사가 형성되어 있는 부분이 타원형으로 휘어지고, 이 타원형의 장축방향(長軸方向)의 양단에 위치하는 상기 제1수나사의 부분이 상기 제1암나사에 맞물린 상태가 형성되고 있다. 또한 상기 제2파동발생기에 의하여 상기 플렉시블 스크루의 상기 제2수나사가 형성되어 있는 부분이 타원형으로 휘어지고, 이 타원형의 장축방향의 양단에 위치하는 상기 제2수나사의 부분이 상기 제2암나사에 부분적으로 맞물린 상태가 형성된다.

본 발명의 파동식 직선운동기구를 사용하여 파지기구(把持機構)를 구성하는 경우에는, 이 파동식 직선운동기구의 상기 제1서큘러 너트에 제1파지부재(第一把持部材)를 탑재하고, 상기 제2서큘러 너트에 제2파지부재(第二把持部材)를 탑재하면 좋다. 이에 따라 상기 입력축의 회전방향을 따라 상기 제1 및 제2파지부재가 개폐동작(開閉動作)을 하는 파지기구가 얻어진다.

본 발명의 파동식 직선운동기구에서는, 가요성 원기둥의 외주면에 제1수나사 및 제2수나사가 형성된 플렉시블 스크루를, 공통의 입력축에 고정한 제1, 제2파동발생기에 의하여 반경방향으로 휘어지게 하여, 제1서큘러 너트 및 제2서큘러 너트에 부분적으로 맞물리게 하고 있다. 입력축을 회전시키면, 제1, 제2서큘러 너트가 상대적으로 접근 및 분리되는 방향으로 이동한다. 따라서 제1, 제2서큘러 너트에 제1, 제2파지부재를 각각 탑재하여 두면, 이들 제1, 제2파지부재를 개폐하는 파지기구를 얻을 수 있다. 따라서 종래와 같이 2대의 파동식 직선운동기구를 사용하여 파지기구를 구성하는 경우에 비하여 소형이고 컴팩트 한 파지기구가 얻어진다.

도1은 본 발명을 적용한 파지기구의 주요부분을 나타내는 개략구성도이다.

도1을 참조하여 설명하면 본 발명을 적용한 파지기구(把持機構)(1)는, 하우징(housing)(2)과, 이 하우징(2)에 탑재되어 있는 모터(motor)(3)와, 하우징(2)에 탑재되어 있는 파동식 직선운동기구(波動式直線運動機構)(4)와, 이 파동식 직선운동기구(4)에 의하여 개폐동작(開閉動作)을 하는 한 쌍의 파지부재(把持部材)(5, 6)를 구비하고 있다. 모터(3)의 회전은, 예를 들면 타이밍 벨트(timing belt)(7) 및 풀리(pulley)(8, 9) 등으로 구성되는 동력전달기구(動力傳達機構)를 통하여 파동식 직선운동기구(4)로 전달된다.

파동식 직선운동기구(4)는, 입력축(入力軸)(11)과, 제1 및 제2파동발생기(12, 13)와, 플렉시블 스크루(flexible screw)(14)와, 제1 및 제2서큘러 너트(first and second circular nut)(15, 16)를 구비하고 있다. 입력축(11)은, 베어링(bearing)(21, 22)을 통하여 하우징(2)에 의하여 회전 가능한 상태로 지지되어 있다. 입력축(11)에 있어서 일방(一方)의 축단부(軸端部)(11a)는 하우징(2)의 내측으로부터 외측으로 돌출되어 있어, 당해 축단부(11a)에 모터의 회전력이 전달된다.

입력축(11)에는 제1파동발생기(第一波動發生器)(12) 및 제2파동발생기(第二波動發生器)(13)가 부착되어 있다. 제1파동발생기(12)는, 입력축(11)에 동축(同軸)으로 고정 또는 일체로 형성된 타원형 윤곽의 강성 캠판(剛性 cam板)(23)과, 이 강성 캠판(23)의 타원형 외주면에 장착된 웨이브 베어링(wave bearing)(24)을 구비하고 있다. 웨이브 베어링(24)은 가요성의 내외 레이스(inner and outer races)와, 이들의 사이에 삽입되어 있는 복수 개의 볼(ball) 등의 전동체(轉動體)로 구성되어 있다. 제2파동발생기(13)도 동일한 구성으로서, 제1파동발생기(12)로부터 입력축(11)의 축선방향(軸線方向)으로 소정의 거리만큼 떨어진 위치에 있어서, 입력축(11)에 동축으로 고정 또는 일체로 형성된 타원형 윤곽의 강성 캠판(25)과, 이 강성 캠판(25)의 타원형 외주면에 장착된 웨이브 베어링(26)을 구비하고 있다.

플렉시블 스크루(14)는, 제1파동발생기(12), 제2파동발생기(13)를 포함하는 축 길이를 구비하고 반경방향으로 휘어질 수 있는 가요성 원기둥(可撓性圓筒)(31)과, 이 가요성 원기둥(31)의 외주면에 형성된 제1수나사(32) 및 제2수나사(33)를 구비하고 있다. 플렉시블 스크루(14)는, 하우징(2)에 대하여 그 중심축선(中心軸線) 방향으로의 이동 및 그 중심축선을 중심으로 하여 회전하는 것이 저지된 상태로 부착되어 있다.

여기에서 제1수나사(32)와 제2수나사(33)는 역방향으로 깍여 있다. 또한 제1수나사(32)는, 가요성 원기둥(31)의 축선방향에 있어서 그 외주면(外周面)(31a)에 있어서의 제1파동발생기(12)가 위치하는 쪽에 형성되어 있고, 제2수나사(33)는, 제2파동발생기(13)가 위치하는 쪽에 형성되어 있다. 본 예에서는, 제1수나사(32)는 외주면(31a)에 있어서 축선방향의 중앙위치로부터 일방(一方)의 단(端)까지 형성되어 있고, 제2수나사(33)는 외주면(31a)에 있어서 축선방향의 중앙위치로부터 타방(他方)의 단까지 형성되어 있다. 이들 제1, 제2수나사(32, 33)를, 외주면(31a)에 있어서의 일부의 영역에만 형성하여도 좋다.

플렉시블 스크루(14)의 내측에는, 상기한 제1, 제2파동발생기(12, 13)가 부착된 입력축(11)이 동축상태로 장착되어 있다. 또한 플렉시블 스크루(14)는, 제1, 제2파동발생기(12, 13)에 의하여 타원형으로 휘어진 상태로 되어 있다.

다음에 제1서큘러 너트(15)는, 플렉시블 스크루(14)에 있어서의 제1수나사(32)가 형성되어 있는 부분을 동축으로 둘러싸고 있는 제1강성 원기둥(41)과, 이 제1강성 원기둥(41)의 원형 내주면의 전체에 형성된 제1암나사(42)를 구비하고 있다. 제1암나사(42)는 제1수나사(32)에 맞물림이 가능함과 아울러 당해 제1수나사(32)와는 리드(lead)가 다르게 되어 있다. 마찬가지로 제2서큘러 너트(16)는, 플렉시블 스크루(14)에 있어서의 제2수나사(33)가 형성되어 있는 부분을 동축으로 둘러싸고 있는 제2강성 원기둥(43)과, 제2강성 원기둥(43)의 원형 내주면의 전체에 형성된 제2암나사(44)를 구비하고 있다. 제2암나사(44)는 제2수나사(33)에 맞물림이 가능함과 아울러 당해 제2수나사(33)와는 리드가 다르게 되어 있다.

여기에서 상기 제1, 제2서큘러 너트(15, 16)는, 하우징(2)에 의하여 그들의 축선방향으로의 이동은 자유롭지만, 그들의 중심축선을 중심으로 하여 회전하지 않는 상태로 지지되어 있다.

이러한 구성의 파동식 직선운동기구(4)에서는, 제1파동발생기(12)에 의하여 타원형으로 휘어지게 되어 있는 플렉시블 스크루(14)의 제1수나사(32)가 형성되어 있는 부분은, 그 타원의 장축방향(長軸方向)의 양단에 있어서 제1서큘러 너트(15)의 제1암나사(42)에 맞물린 상태가 형성되고 있다. 마찬가지로 제2파동발생기(13)에 의하여 타원형으로 휘어지게 되어 있는 플렉시블 스크루(14)의 제2수나사(33)가 형성되어 있는 부분은, 그 타원의 장축방향의 양단에 있어서 제2서큘러 너트(16)의 제2암나사(44)에 맞물린 상태가 형성되고 있다. 입력축(11)이 회전하여 제1, 제2파동발생기(12, 13)가 회전하면, 제1수나사(32)와 제1암나사(42)의 맞물림 위치 및 제2수나사(33)와 제2암나사(44)의 맞물림 위치가 각각 원주방향으로 이동하여, 제1, 제2서큘러 너트(15, 16)가 축선방향을 따라 역방향으로 이동한다.

다음에 제1파지부재(5)는, 제1서큘러 너트(15)에 있어서의 하우징(2)으로부터 노출되어 있는 외주부분에 탑재되어 있고, 당해 제1서큘러 너트(15)의 반경방향으로 연장되어 있다. 마찬가지로 제2서큘러 너트(16)에는 제2파지부재(6)가 부착되어 있고, 제2파지부재(6)는 제1파지부재(5)에 대향(對向)한 상태에서 평행하게 연장되어 있다.

이러한 구성의 파지기구(1)의 동작을 설명한다. 모터(3)를 구동하여 입력축(11)을 회전시키면, 앞에서 설명한 바와 같이 파동식 직선운동기구(4)에 의하여 모터(3)의 회전이, 제1서큘러 너트(15) 및 제2서큘러 너트(16)의 직선운동으로 변환된다. 제1서큘러 너트(15) 및 제2서큘러 너트(16)는 중심축선(4a)의 방향을 따라 역방향으로 이동한다. 따라서 이들에 탑재되어 있는 제1파지부재(5) 및 제2파지부재(6)가 상대적으로 개폐된다. 예를 들면 좌우대칭인 제1수나사(32) 및 제2수나사(33)를 형성하고, 좌우대칭인 제2암나사(42) 및 제2암나사(44)를 형성한 경우에는, 제1, 제2파지부재(5, 6)는 역방향으로 동일한 속도로 동일한 거리만큼 이동한다. 이렇게 하면, 도면에 있어서 실선으로 나타나 있는 물체개방위치 및 가상선으로 나타나 있는 물체파지위치의 사이에서 제1, 제2파지부재(5, 6)를 개폐할 수 있어, 물체(W)의 파지 및 개방동작을 할 수 있다.

1 : 파지기구
2 : 하우징
3 : 모터
4 : 파동식 직선운동기구
5 : 제1파지부재
6 : 제2파지부재
11 : 입력축
12 : 제1파동발생기
13 : 제2파동발생기
14 : 플렉시블 스크루
15 : 제1서큘러 너트
16 : 제2서큘러 너트
32 : 제1수나사
33 : 제2수나사
42 : 제1암나사
44 : 제2암나사

Claims

반경방향으로 휘어질 수 있는 가요성 원기둥(可撓性圓筒) 및 이 가요성 원기둥의 외주면(外周面)에 있어서의 축선방향(軸線方向)이 서로 다른 위치에 형성된 제1수나사(first male screw) 및 제2수나사(second male screw)를 구비하고, 이들 제1, 제2수나사가 역방향으로 깍여 있는 플렉시블 스크루(flexible screw)와,
상기 플렉시블 스크루에 있어서의 상기 제1수나사가 형성되어 있는 부분을 동축(同軸)으로 둘러싸고 있는 제1강성 원기둥(第一剛性圓筒) 및 이 제1강성 원기둥의 내주면(內周面)에 형성된 제1암나사(first female screw)를 구비하고, 이 제1암나사는 상기 제1수나사에 맞물림이 가능함과 아울러 당해 제1수나사와는 리드(lead)가 다르게 되어 있는 제1서큘러 너트(first circular nut)와,
상기 플렉시블 스크루에 있어서의 상기 제2수나사가 형성되어 있는 부분을 동축으로 둘러싸고 있는 제2강성 원기둥 및 이 제2강성 원기둥의 내주면에 형성된 제2암나사(second female screw)를 구비하고, 이 제2암나사는 상기 제2수나사에 맞물림이 가능함과 아울러 당해 제2수나사와는 리드가 다르게 되어 있는 제2서큘러 너트(second circular nut)와,
상기 플렉시블 스크루에 있어서의 상기 제1수나사가 형성되어 있는 부분의 내측에 동축으로 삽입되어 있는 비원형(非圓形) 윤곽의 제1파동발생기(第一波動發生器)와,
상기 플렉시블 스크루에 있어서의 상기 제2수나사가 형성되어 있는 부분의 내측에 동축으로 삽입되어 있는 비원형 윤곽의 제2파동발생기(第二波動發生器)와,
상기 제1파동발생기 및 상기 제2파동발생기가 동축으로 고정되어 있는 입력축(入力軸)을 구비하고 있고,
상기 플렉시블 스크루는 축선방향의 이동 및 그 중심축선(中心軸線)을 중심으로 하여 회전을 할 수 없는 상태로 지지되고, 상기 제1, 제2서큘러 너트는 축선방향으로의 이동이 가능하고, 그 중심축선을 중심으로 하여 회전하지 않는 상태로 지지되어 있고,
상기 제1파동발생기에 의하여 상기 플렉시블 스크루의 상기 제1수나사가 형성되어 있는 부분이 비원형으로 휘어져서, 상기 제1수나사가 상기 제1암나사에 대하여 원주방향을 따라 부분적으로 맞물린 상태가 형성되고 있고,
상기 제2파동발생기에 의하여 상기 플렉시블 스크루의 상기 제2수나사가 형성되어 있는 부분이 비원형으로 휘어져서, 상기 제2수나사가 상기 제2암나사에 대하여 원주방향을 따라 부분적으로 맞물린 상태가 형성되고 있고,
상기 입력축이 회전하여 상기 제1, 제2파동발생기가 회전하면, 상기 제1수나사와 상기 제1암나사의 맞물림 위치 및 상기 제2수나사와 상기 제2암나사의 맞물림 위치가 각각 원주방향으로 이동하여, 상기 제1, 제2서큘러 너트가 축선방향을 따라 역방향(逆方向)으로 이동하는 것을 특징으로 하는 파동식 직선운동기구(波動式直線運動機構).
제1항에 있어서,
상기 제1파동발생기 및 상기 제2파동발생기는 타원형(楕圓形) 윤곽의 것이고,
상기 제1파동발생기에 의하여 상기 플렉시블 스크루의 상기 제1수나사가 형성되어 있는 부분이 타원형으로 휘어지고, 이 타원형의 장축방향(長軸方向)의 양단에 위치하는 상기 제1수나사의 부분이 상기 제1암나사에 맞물린 상태가 형성되고 있고,
상기 제2파동발생기에 의하여 상기 플렉시블 스크루의 상기 제2수나사가 형성되어 있는 부분이 타원형으로 휘어지고, 이 타원형의 장축방향의 양단에 위치하는 상기 제2수나사의 부분이 상기 제2암나사에 부분적으로 맞물린 상태가 형성되고 있는 것을 특징으로 하는 파동식 직선운동기구.
제1항 또는 제2항의 기재의 파동식 직선운동기구와,
이 파동식 직선운동기구의 상기 제1서큘러 너트에 탑재되어 있는 제1파지부재(第一把持部材)와,
이 파동식 직선운동기구의 상기 제2서큘러 너트에 탑재되어 있는 제2파지부재(第二把持部材)를
구비하고,
상기 입력축의 회전방향을 따라 상기 제1 및 제2파지부재가 개폐동작(開閉動作)을 하는 것을 특징으로 하는 파지기구(把持機構).