KR20160014299A - 구동 모듈 및 이를 포함하는 운동 보조 장치 - Google Patents

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Abstract

이상의 설명은 구동 모듈 및 이를 포함하는 운동 보조 장치에 관한 것이다.
일 실시 예에 따르면, 구동 모듈은, 대상체의 일측에 구비되어, 동력을 전달하는 구동원; 상기 구동원으로부터 전달되는 동력에 의해 회전되는 동력 전달 회전체; 및 상기 구동원 및 동력 전달 회전체 사이에 동력을 전달하는 제 1 감속기를 포함하고, 상기 제 1 감속기는, 상기 구동원으로부터 동력을 전달받는 입력측 회전체; 및 상기 동력 전달 회전체로 동력을 전달하는 출력측 회전체를 포함할 수 있다.

Description

구동 모듈 및 이를 포함하는 운동 보조 장치{A driving module and a motion assist apparatus comprising thereof}
아래의 설명은 구동 모듈 및 이를 포함하는 운동 보조 장치에 관한 것이다.
최근 고령화 사회가 심화됨에 따라서 관절에 문제가 있어서 이에 대한 고통과 불편을 호소하는 사람들이 증가하고 있으며, 관절이 불편한 노인이나 환자들이 보행을 원활하게 할 수 있는 운동 보조 장치에 대한 관심이 높아지고 있다. 또한, 군사용 등의 목적으로 인체의 근력을 강화시키기 위한 운동 보조 장치들이 개발되고 있다.
예를 들어, 운동 보조 장치는, 사용자의 몸통에 장착되는 몸체 프레임과, 몸체 프레임의 하측에 결합되어 사용자의 골반을 감싸는 골반 프레임과, 사용자의 대퇴부 및 종아리, 발 부위에 장착되는 대퇴부 프레임, 종아리 프레임, 발 프레임으로 구성된다. 골반 프레임과 대퇴부 프레임은 고관절부에 의해 회전 가능하도록 연결되고, 대퇴부 프레임과 종아리 프레임은 무릎 관절부에 의해 회전 가능하도록 연결되며, 종아리 프레임과 발 프레임은 발목 관절부에 의해 회전 가능하도록 연결된다.
이러한 운동 보조 장치는 사용자의 다리 근력을 보조할 수 있도록 각 관절부들을 구동시키는 구동 모터나 유압시스템 등을 구비한 능동형 관절구조를 구비하기도 한다. 예를 들어, 양측의 고관절부에 각각 구동력을 전달하기 위한 2개의 모터를 구비할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 구동 모듈은, 대상체의 일측에 구비되어, 동력을 전달하는 구동원; 상기 구동원으로부터 전달되는 동력에 의해 회전되는 동력 전달 회전체; 및 상기 구동원 및 동력 전달 회전체 사이에 동력을 전달하는 제 1 감속기를 포함하고, 상기 제 1 감속기는, 상기 구동원으로부터 동력을 전달받는 입력측 회전체; 및 상기 동력 전달 회전체로 동력을 전달하는 출력측 회전체를 포함할 수 있다.
상기 제 1 감속기를 기준으로, 상기 구동원 및 동력 전달 회전체는 같은 방향에 위치될 수 있다.
상기 제 1 감속기는, 상기 입력측 회전체 및 출력측 회전체 사이에 동력을 전달하는 아이들(idle) 회전체를 더 포함하고, 상기 각각의 입력측 회전체, 아이들 회전체 및 출력측 회전체의 직경은, 동력 전달 순으로 순차적으로 증가될 수 있다.
상기 구동 모듈은, 상기 제 1 감속기 및 동력 전달 회전체 사이에 개입되는 제 2 감속기를 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 감속기는, 상기 제 2 감속기로 동력을 전달하는 중심 회전체를 포함하고, 상기 제 2 감속기는, 상기 중심 회전체의 외주면에 연결되는 연결 회전체; 및 상기 중심 회전체 및 연결 회전체를 둘러싸는 형상으로, 상기 연결 회전체에 연결되는 링 부재를 포함할 수 있다.
상기 연결 회전체는, 상기 중심 회전체의 외주면에 접촉되는 제 1 부분; 및 상기 링 부재의 내주면에 접촉되고, 상기 제 1 부분보다 작은 직경을 갖는 제 2 부분을 포함할 수 있다.
상기 링 부재는, 상기 구동 모듈 내부에 회전되지 않도록 고정되고, 상기 동력 전달 회전체는, 상기 연결 회전체의 공전 방향에 따라 회전될 수 있다.
상기 연결 회전체는, 상기 구동 모듈의 내부의 일정한 위치에서 회전 가능하도록 고정되고, 상기 동력 전달 회전체는, 상기 링 부재의 회전 방향에 따라 회전될 수 있다.
상기 구동 모듈은, 상기 동력 전달 회전체의 회전에 따라 구동되는 동력 전달 부재; 및 상기 동력 전달 부재의 장력을 조절하기 위한 장력 조절 장치를 더 포함할 수 있다.
상기 장력 조절 장치는, 상기 동력 전달 회전체에 대하여 이동 가능하게 배치되며, 상기 동력 전달 부재의 일측이 걸리는 걸림부를 포함하고, 상기 걸림부가 일측으로 이동되면, 상기 동력 전달 부재의 장력이 증가되고, 상기 걸림부가 타측으로 이동되면, 상기 동력 전달 부재의 장력이 감소할 수 있다.
상기 동력 전달 회전체는, 상기 동력 전달 부재의 일부가 감기는 홈과, 상기 홈의 일측에 형성되는 삽입 구멍을 포함하고, 상기 동력 전달 부재의 일측은, 상기 삽입 구멍을 관통하여 상기 걸림부에 걸릴 수 있다.
상기 장력 조절 장치는, 상기 동력 전달 부재의 일단을 고정하는 고정부; 및 상기 걸림부의 이동 방향을 안내하는 걸림부 이동 가이드를 더 포함하고, 상기 동력 전달 부재는, 상기 삽입 구멍으로부터 일 방향으로 연장되어 상기 걸림부에 걸쳐지고, 상기 걸림부로부터 상기 일 방향의 반대 방향으로 연장되어 상기 고정부에 고정될 수 있다.
상기 걸림부는, 상기 걸림부 이동 가이드에 대하여 슬라이딩 방식으로 이동될 수 있다.
상기 걸림부 이동 가이드는, 스크류와, 상기 스크류가 이탈되는 것을 방지하기 위한 이탈 방지부를 포함하고, 상기 걸림부는, 상기 스크류에 대응하는 가이드 홀을 포함하는 걸림부 몸체; 및 상기 걸림부 몸체에 회전 가능하게 구비되며, 상기 동력 전달 부재의 일측이 걸리는 걸림 풀리를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 운동 보조 장치는, 대상체에 고정되는 고정 부재; 상기 고정 부재의 일측에 구비되며, 구동원과, 상기 구동원으로부터 전달되는 동력에 의해 회전되는 동력 전달 회전체와, 상기 구동원 및 동력 전달 회전체 사이에 동력을 전달하는 평행형 감속기를 포함하는 구동 모듈; 상기 대상체의 일 부분을 지지하는 지지 모듈; 및 상기 동력 전달 회전체 및 지지 모듈 사이에서 동력을 전달하는 동력 전달 부재를 포함하고, 상기 평행형 감속기는, 상기 구동원으로부터 동력을 전달받는 입력측 회전체; 및 상기 동력 전달 회전체로 동력을 전달하는 출력측 회전체를 포함할 수 있다.
상기 운동 보조 장치는, 상기 출력측 회전체 및 동력 전달 회전체 사이에 배치되는 유성 감속기를 더 포함할 수 있다.
상기 출력측 회전체의 회전 축과, 상기 유성 감속기의 중심 회전 축과, 상기 동력 전달 회전체의 회전 축의 축 방향은 일치할 수 있다.
상기 구동 모듈은, 상기 동력 전달 부재의 장력을 조절하기 위한 장력 조절 장치를 더 포함할 수 있다.
상기 장력 조절 장치는, 상기 동력 전달 회전체에 대하여 이동 가능하게 배치되며, 상기 동력 전달 부재의 일측이 걸리는 걸림부를 포함하고, 상기 걸림부가 일측으로 이동되면, 상기 동력 전달 부재의 장력이 증가되고, 상기 걸림부가 타측으로 이동되면, 상기 동력 전달 부재의 장력이 감소할 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 배면도이다.
도 2는 실시 예에 따른 구동 모듈을 나타내는 도면이다.
도 3은 실시 예에 따른 구동 모듈의 분해 사시도이다.
도 4는 실시 예에 따른 구동 모듈의 단면도이다.
도 5는 실시 예에 따른 유성 감속기를 나타내는 도면이다.
도 6은 실시 예에 따른 장력 조절 장치의 사시도이다.
도 7은 실시 예에 따른 장력 조절 장치의 정면도이다.
도 8은 다른 실시 예에 따른 장력 조절 장치를 나타내는 도면이다.
도 9는 또 다른 실시 예에 따른 구동 모듈의 분해 사시도이다.
도 10은 또 다른 실시 예에 따른 구동 모듈의 단면도이다.
이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 실시 예에 따른 운동 보조 장치의 배면도이고, 도 2는 실시 예에 따른 구동 모듈을 나타내는 도면이다. 도 2는 구동 모듈에서 케이스를 제거한 상태를 예시적으로 도시한 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 실시 예에 따른 운동 보조 장치는, 대상체에 착용되어 대상체의 운동을 보조할 수 있다.
대상체는 사람, 동물 또는 로봇 등일 수도 있으며, 이에 제한되지 않는다. 또한, 도 1은 운동 보조 장치가, 대상체의 허벅지의 운동을 보조하는 경우에 대하여 도시하고 있으나, 운동 보조 장치는, 대상체의 손, 상박, 하박 등 상체의 다른 부분이나, 발, 종아리 등의 하체의 다른 부위를 보조하는 것도 가능하다. 다시 말하면, 운동 보조 장치는, 대상체의 일 부분의 운동을 보조할 수 있다.
이하, 운동 보조 장치가, 사람의 허벅지의 운동을 보조하는 경우에 대하여 예시적으로 설명하기로 한다.
운동 보조 장치는, 고정 부재(20)와, 구동 모듈(100)과, 동력 전달 부재(40)와, 지지 모듈(50)을 포함할 수 있다.
고정 부재(20)는, 대상체에 고정될 수 있다. 고정 부재(20)는, 대상체의 외면의 적어도 일부에 접촉할 수 있고, 대상체의 외면을 따라서 감싸는 형상일 수 있다. 다시 말하면, 고정 부재(20)는, 대상체에 접촉하는 만곡면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 고정 부재(20)는, 대상체의 허리의 일측에 고정될 수 있다.
구동 모듈(100)은, 고정 부재(20)의 일측에 제공될 수 있다. 예를 들어, 구동 모듈(100)은, 백팩 형상으로 제공될 수 있다. 구동 모듈(100)은, 대상체의 후측 및/또는 고정 부재(20)의 상측에 제공될 수 있다. 구동 모듈(100)은, 지지 모듈(50)과 이격하여 배치될 수 있다. 구동 모듈(100)은, 고정 부재(20)를 기준으로 지지 모듈(50)의 반대편에 배치될 수 있다. 위와 같은 구조에 의하면, 구동 모듈(100)을 대상체의 일측에 하나의 모듈 형태로 제공함으로써, 보수 및 관리의 편의성을 향상시킬 수 있다. 또한, 관절 부위에 배치되는 제품의 부피를 감소시킬 수 있다.
구동 모듈(100)은, 구동 모듈(100)의 외형을 형성하는 구동 모듈 케이스(110)와, 배터리(190)로부터 전달되는 전압 또는 전류에 의해 동작하는 구동원(120)과, 구동원(120)으로부터 동력을 입력받아 동력 전달 부재(40)를 구동시키는 회전체 어셈블리(130)와, 구동원(120)으로부터 회전체 어셈블리(130)로 전달되는 동력을 감속시키는 제 1 감속기(140)와, 구동원(120)을 제어하는 제어부(180)와, 배터리(190)를 포함할 수 있다. 구동 모듈 케이스(110)는, 개폐 가능하도록 제공될 수 있다. 구동 모듈(100)에 대한 구체적인 설명은 후술하기로 한다.
동력 전달 부재(40)는, 구동 모듈(100) 및 지지 모듈(50) 사이에 배치될 수 있다. 동력 전달 부재(40)는, 구동 모듈(100)로부터 지지 모듈(50)로 동력을 전달할 수 있다. 동력 전달 부재(40)는, 밀거나 당기는 힘에 의해 동력을 전달하거나, 마찰력, 장력 또는 탄성력 등을 이용하여 동력을 전달할 수 있다. 예를 들어, 동력 전달 부재(40)는, 와이어, 케이블, 스트링, 고무줄, 스프링, 벨트, 또는 체인 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 동력 전달 부재(40)의 동력 입력단은 구동 모듈(100)에 연결되고, 동력 전달 부재(40)의 동력 출력단은 지지 모듈(50)에 연결될 수 있다.
동력 전달 부재(40)의 외부에는, 튜브가 구비될 수 있다. 튜브는, 동력 전달 부재(40)를 가이드 할 수 있다. 튜브는, 구동 모듈(100) 및 지지 모듈(50) 사이에 배치될 수 있다. 튜브에 의하면, 사용자가 튜브 상에 의복을 착용한 상태에서, 동력 전달 부재(40)가 의복에 간섭되지 않고 동작할 수 있다. 튜브는, 고무, 실리콘 등의 유연한 재질(flexible material)이거나, 플라스틱, 스틸 등의 단단한 재질(rigid material)일 수 있다. 튜브에 의하면, 동력 전달 부재(40)가 직접 대상체에 접촉되는 것을 방지하여, 착용감을 향상시킬 수 있다.
동력 전달 부재(40)는, 복수 개로 제공될 수 있다. 동력 전달 부재(40)는, 구동 모듈(100)의 양측 및 지지 모듈(50)의 양측에 각각 연결되는 제 1 동력 전달 부재(42) 및 제 2 동력 전달 부재(44)를 포함할 수 있다.
운동 보조 장치는, 조인트 어셈블리(30)를 더 포함할 수 있다. 조인트 어셈블리(30)는, 동력 전달 부재(40) 및 지지 모듈(50) 사이에 배치되어, 동력을 전달할 수 있다. 다시 말하면, 구동 모듈(100) 및 조인트 어셈블리(30)는 동력 전달 부재(40)에 의해 연결되고, 지지 모듈(50)은 조인트 어셈블리(30)에 연결되어 구동될 수 있다. 조인트 어셈블리(30)는, 동력 전달 부재(40)로부터 전달받은 동력에 의해 회전될 수 있다. 예를 들어, 조인트 어셈블리(30)는, 대상체의 고관절의 일측에 배치될 수 있다. 이 경우, 조인트 어셈블리(30)는, "고관절 보조 부재"라고 할 수도 있다.
한편, 동력 전달 부재(40)가 복수 개로 제공되는 경우, 제 1 동력 전달 부재(42)는, 구동 모듈(100)의 일측 및 조인트 어셈블리(30)의 일측에 연결되고, 제 2 동력 전달 부재(44)는, 구동 모듈(100)의 타측 및 조인트 어셈블리(30)의 타측에 연결될 수 있다. 다른 예로, 하나의 동력 전달 부재(40)가 벨트 형태로 구동 모듈(100) 및 조인트 어셈블리(30)에 연결되는 것도 가능하다.
지지 모듈(50)은, 대상체의 일부를 지지할 수 있다. 지지 모듈(50)은, 대상체의 일부의 운동을 보조할 수 있다. 지지 모듈(50)은, 동력 전달 부재(40)로부터 전달받은 동력에 의해 회전될 수 있다. 지지 모듈(50)의 회전력은, 대상체의 일부에 전달되어, 대상체의 일부의 운동을 보조할 수 있다. 예를 들어, 지지 모듈(50)은, 대상체의 다리를 지지할 수 있다.
지지 모듈(50)은, 대상체의 적어도 일부를 감싸는 지지 부재(56)를 포함할 수 있다. 예를 들어 지지 부재(56)는, 대상체의 허벅지의 적어도 일부의 둘레를 감싸도록 배치될 수 있다.
한편, 운동 보조 장치가 조인트 어셈블리(30)를 더 포함하는 경우, 지지 모듈(50)은 지지 프레임(52)을 더 포함할 수 있다. 지지 프레임(52)은 조인트 어셈블리(30)의 회전 방향에 따라서 회동될 수 있다. 지지 프레임(52)은, 조인트 어셈블리(30)와 연결되는 제 1 지지 프레임(53)과, 제 1 지지 프레임(53) 및 지지 부재(56)를 연결하는 제 2 지지 프레임(54)을 포함할 수 있다.
제 1 지지 프레임(53)은, 조인트 어셈블리(30)와 힌지(hinge) 결합될 수 있다. 그리고 힌지 결합 구조의 힌지 축은, 조인트 어셈블리(30)의 회전 축과 교차될 수 있다. 예를 들어, 힌지 축 및 회전 축은 직교할 수 있다. 이 경우, 제 2 지지 프레임(54)은, 힌지 축 및 회전 축에 의해, 고정 부재(20)에 대하여 2 자유도(degree-of-freedom) 운동을 할 수 있다.
제 2 지지 프레임(56)은, 제 1 지지 프레임(53)과 슬라이딩(sliding) 결합될 수 있다. 이 경우, 제 2 지지 프레임(54)은, 고정 부재(20)에 대하여 3 자유도 운동을 할 수 있다.
도 3은 실시 예에 따른 구동 모듈의 분해 사시도이고, 도 4는 실시 예에 따른 구동 모듈의 단면도이고, 도 5는 실시 예에 따른 유성 감속기를 나타내는 도면이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 구동 모듈(100)은, 구동원(120)과, 회전체 어셈블리(130)와, 제 1 감속기(140)와, 제 2 감속기(150)와, 장력 조절 장치(160)를 포함할 수 있다.
구동원(120)은, 프레임리스 모터(frameless motor)와, 인코더(encoder)와, 이들을 감싸는 구동원 케이스를 포함할 수 있다. 프레임리스 모터를 사용함으로써, 구동원(120) 설치에 필요한 부피를 축소시켜, 전체 구동 모듈(100)의 부피를 축소시킬 수 있다. 구동원(120)은, 제 1 감속기(140)의 입력단에 배치될 수 있다.
회전체 어셈블리(130)는, 동력 전달 회전체(134)와, 동력 전달 회전체(134) 등을 감싸는 회전체 케이스(132)를 포함할 수 있다. 동력 전달 회전체(134)는, 구동원(120)과 병렬적으로 연결될 수 있다. 다시 말하면, 동력 전달 회전체(134)의 회전 축과, 구동원(120)의 회전 축은 서로 일치하지 않을 수 있다. 동력 전달 회전체(134)는, 제 1 감속기(140)의 출력단에 배치될 수 있다. 회전체 케이스(132)에는, 동력 전달 회전체(134)에 연결되는 동력 전달 부재(40)가 관통되는 홀이 형성될 수 있다.
한편, 동력 전달 회전체(134)의 외주면에는 동력 전달 부재(40)가 감기기 위한 홈이 형성될 수 있다. 동력 전달 부재(40)가 복수 개로 제공되는 경우, 동력 전달 회전체(134)는, 제 1 동력 전달 부재(42)가 감기기 위한 제 1 홈과, 제 2 동력 전달 부재(44)가 감기기 위한 제 2 홈을 포함할 수 있다. 제 1 홈 및 제 2 홈은 서로 별개로 형성됨으로써, 제 1 동력 전달 부재(42) 및 제 2 동력 전달 부재(44)가 상호 겹치는 현상을 방지할 수 있다.
제 1 홈 및 제 2 홈의 일측에는 제 1 동력 전달 부재(42) 및 제 2 동력 전달 부재(44)가 각각 관통되기 위한 제 1 삽입 구멍(138) 및 제 2 삽입 구멍(136)이 형성될 수 있다. 삽입 구멍(136, 138)은, 각각의 홈으로부터 동력 전달 회전체(134)의 일면까지 관통되도록 형성될 수 있다. 제 1 동력 전달 부재(42) 및 제 2 동력 전달 부재(46)는, 각각 제 1 삽입 구멍(138) 및 제 2 삽입 구멍(136)으로 삽입되어, 동력 전달 회전체(134)에 고정될 수 있다.
제 1 감속기(140)는, 평행형 기어 방식의 감속기가 사용될 수 있다. 이 경우, 제 1 감속기(140)는, "평행형 감속기"라고 할 수도 있다. 제 1 감속기(140)는, 구동원(120) 및 동력 전달 회전체(134)를 덮는 형상으로 배치될 수 있다. 다시 말하면, 구동원(120) 및 동력 전달 회전체(134)는, 제 1 감속기(140)를 기준으로 같은 방향에 위치될 수 있다. 제 1 감속기(140)는, 입력측 회전체(144)와, 출력측 회전체(146)와, 아이들(idle) 회전체(148)와, 이들을 감싸는 감속기 케이스(142)를 포함할 수 있다.
입력측 회전체(144)는, 제 1 감속기(140)의 입력단으로써 작용할 수 있다. 입력측 회전체(144)는, 구동원(120)으로부터 동력을 전달받을 수 있다. 입력측 회전체(144)의 회전 축과 구동원(120)의 회전 축의 축 방향은 서로 일치할 수 있다.
출력측 회전체(146)는, 제 1 감속기(140)의 출력단으로써 작용할 수 있다. 출력측 회전체(146)는, 동력 전달 회전체(134)로 동력을 전달할 수 있다. 출력측 회전체(146)의 회전 축과 동력 전달 회전체(134)의 회전 축의 축 방향은 서로 일치할 수 있다. 출력측 회전체(146)의 회전 축은, 입력측 회전체(144)의 회전 축과 서로 평행할 수 있다. 출력측 회전체(146)의 직경은, 입력측 회전체(144)의 직경보다 클 수 있다.
아이들 회전체(148)는, 입력측 회전체(144) 및 출력측 회전체(146) 사이에서 동력을 전달할 수 있다. 아이들 회전체(148)의 직경은, 입력측 회전체(144)의 직경보다 크고, 출력측 회전체(146)의 직경보다 작을 수 있다. 다시 말하면, 각각의 입력측 회전체(144), 아이들 회전체(148), 출력측 회전체(146)의 직경은, 동력 전달 순으로 순차적으로 증가될 수 있다.
감속기 케이스(142)는, 입력측 회전체(144), 아이들 회전체(148) 및 출력측 회전체(146)를 감쌀 수 있다. 감속기 케이스(142)는, 일측으로부터 타측으로 갈수록 너비가 증가되는 형상을 가질 수 있다.
한편, 입력측 회전체(144), 아이들 회전체(148) 및 출력측 회전체(146) 등은 치차(toothed gear)인 것으로 도시하였으나, 반드시 위와 같이 제한되는 것은 아니며, 굴림 마찰(rolling friction)에 의해 동력을 전달할 수 있는 회전체일 수도 있다.
제 2 감속기(150)는, 제 1 감속기(140) 및 동력 전달 회전체(134) 사이에 개입될 수 있다. 제 2 감속기(150)는, 제 1 감속기(140)로부터 동력 전달 회전체(134)로 전달되는 동력을 감속시킬 수 있다. 제 2 감속기(150)는, 유성 기어 방식의 감속기가 사용될 수 있다. 이 경우, 제 2 감속기(150)는, "유성 감속기"라고 할 수도 있다. 제 2 감속기(150)는, 중심 회전체와, 연결 회전체(152)와, 링 부재(154)를 포함할 수 있다. 이하, 연결 회전체(152)가 제 2 감속기(150)의 출력단으로 작용하는 경우에 대하여 설명하기로 한다.
중심 회전체는, 출력측 회전체(146)의 일측에 구비될 수 있다. 중심 회전체는, 출력측 회전체(146)의 회전 방향에 따라서 회전될 수 있다. 예를 들어, 중심 회전체는, 출력측 회전체(146)와 하나의 강체 운동을 하도록, 출력측 회전체(146)에 고정될 수 있다. 중심 회전체의 직경은, 출력측 회전체(146)의 직경보다 작을 수 있다. 중심 회전체 및 출력측 회전체(146)는 하나의 컴파운드 기어(compound gear)인 것으로 이해될 수도 있다.
링 부재(154)는, 구동 모듈(100)의 내부에 회전되지 않도록 고정될 수 있다. 예를 들어, 링 부재(154)는 회전체 케이스(132)의 일측에 고정될 수 있다. 링 부재(154)는, 중심 회전체 및 연결 회전체(152)를 둘러싸는 형상으로 제공될 수 있다. 링 부재(154)의 내주면은, 연결 회전체(152)에 연결될 수 있다.
연결 회전체(152)는, 중심 회전체 및 링 부재(154) 사이에 연결될 수 있다. 연결 회전체(152)는, 중심 회전체의 외주면에 연결되고, 중심 회전체로부터 동력을 전달 받아 회전될 수 있다. 또한, 연결 회전체(152)는, 고정된 링 부재(154)의 내주면에 연결되어, 링 부재(154)의 내주면을 따라 회전될 수 있다. 다시 말하면, 연결 회전체(152)는, 중심 회전체를 기준으로 공전될 수 있다.
연결 회전체(152)는, 컴파운드 기어일 수도 있다. 다시 말하면, 연결 회전체(152)는, 중심 회전체의 외주면에 접촉되는 제 1 부분과, 링 부재(154)의 내주면에 접촉되는 제 2 부분을 포함하고, 제 2 부분의 직경은 제 1 부분의 직경보다 작을 수 있다. 위와 같은 구조에 의하면, 보다 큰 감속비를 확보할 수 있다.
연결 회전체(152)는, 동력 전달 회전체(134)에 결합되어 동력 전달 회전체(134)로 동력을 전달할 수 있다. 예를 들어, 연결 회전체(152)의 자전 축은 동력 전달 회전체(134)에 고정될 수 있다. 이 경우, 동력 전달 회전체(134)는, 연결 회전체(152)의 공전 방향을 따라서 회전될 수 있다. 다시 말하면, 동력 전달 회전체(134)의 회전 축은, 연결 회전체(152)의 공전 축과 일치할 수 있다.
한편, 도 3과 같이 제 2 감속기(150)의 중심 회전체, 연결 회전체(152) 및 링 부재(154)가 치차로 제공되는 경우, 각각 "선 기어", "유성 기어" 및 "링 기어"라고 할 수도 있다. 다만, 반드시 위와 같이 제한되는 것은 아니며, 제 2 감속기(150)는, 굴림 마찰(rolling friction)에 의해 동력을 전달할 수 있는 3개의 풀리(pulley)를 포함할 수도 있다. 다시 말하면, 중심 회전체, 연결 회전체(152) 및 링 부재(154)는, 각각 풀리일 수도 있다. 또한, 제 2 감속기(150)는, 하모닉 드라이브(harmonic drive) 구조를 가질 수도 있다. 다시 말하면, 중심 회전체, 연결 회전체(152) 및 링 부재(154)는 각각 "웨이브 제네레이터(wave generator)", "플렉스플라인(flexspline)" 및 "원형 스플라인(circular spline)"일 수도 있다.
장력 조절 장치(160)는, 동력 전달 부재(40)의 장력을 조절할 수 있다. 예를 들어, 노후화 현상 등에 의해 동력 전달 부재(40)의 장력이 감소되는 경우, 장력 조절 장치(160)를 조절하여 동력 전달 부재(40)의 장력을 증가시킬 수 있다. 장력 조절 장치(160)에 대한 구체적인 설명은 후술하기로 한다.
도 6은 실시 예에 따른 장력 조절 장치의 사시도이고, 도 7은 실시 예에 따른 장력 조절 장치의 정면도이다.
도 6을 참조하면, 실시 예에 따른 장력 조절 장치(160)는, 고정부(162)와, 걸림부(164)와, 걸림부 이동 가이드(168)를 포함할 수 있다.
고정부(162)에는, 동력 전달 부재(40)의 일단이 고정될 수 있다. 동력 전달 부재(40)의 일단은, 삽입 구멍을 통과하여 고정부(162)에 고정될 수 있다.
걸림부(164)에는, 동력 전달 부재(40)의 일측이 걸릴 수 있다. 걸림부(164)는, 걸림부 몸체(165)와, 걸림 풀리(167)를 포함할 수 있다.
걸림부 몸체(165)는, 이동 가이드(168)를 따라서 이동될 수 있다. 걸림부 몸체(165)는, 이동 가이드(168)의 스크류(170)의 형상에 대응하는 가이드 홀(166)을 포함할 수 있다. 위와 같은 구조에 의하면, 스크류(170)의 회전 방향에 따라서, 걸림부 몸체(165)는 좌우로 이동될 수 있다.
걸림 풀리(167)는, 걸림부 몸체(165)의 일측에 회전 가능하게 구비될 수 있다. 걸림 풀리(167)에는, 동력 전달 부재(40)의 일측이 걸릴 수 있다. 걸림 풀리(167)에 의하면, 장력 조절시에 동력 전달 부재(40)에 걸리는 마찰력을 감소시킴으로써, 동력 전달 부재(40)의 수명을 연장시킬 수 있다.
걸림부 이동 가이드(168)는, 걸림부(164)가 이동되는 것을 안내할 수 있다. 걸림부 이동 가이드(168)는, 스크류(170)와, 스크류 이탈 방지부(169)와, 회전 방지부(175)를 포함할 수 있다.
스크류(170)는, 적어도 일부에 나사산이 형성되는 스크류 몸체(172)와, 스크류 몸체(172)의 단부에 배치되는 스크류 헤드(174)를 포함할 수 있다. 스크류 몸체(172)는 가이드 홀(166)과 나선 결합될 수 있다. 스크류 몸체(172)에 의해 0)에 사용자는 스크류 헤드(174)를 파지하여 손쉽게 스크류(170)를 회전시킬 수 있다.
이탈 방지부(169)는, 스크류(170)가 이탈되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 이탈 방지부(169)는, 스크류(170)의 양측에 각각 배치되어, 스크류(170)가 일정한 위치에서 회전하도록 할 수 있다.
회전 방지부(175)는, 걸림부(164)가 스크류(170)에 대하여 회전되지 않도록, 걸림부(164)의 일측을 구속할 수 있다. 예를 들어, 회전 방지부(175)는, 동력 전달 회전체(134)의 일측에 형성되는 슬롯일 수 있다. 그리고 걸림 풀리(167)의 회전 축이 슬롯에 삽입될 수 있다. 위와 같은 구조에 의하면, 스크류(170)가 회전될 때, 걸림부(164)가 회전되지 않고, 스크류(170)의 길이 방향을 따라서 슬라이딩 이동될 수 있다.
이하 장력 조절 장치(160)의 작용에 대하여 설명한다.
스크류(170)가 회전되면, 걸림부(164)는, 스크류(170)의 길이 방향을 따라서 슬라이딩 이동될 수 있다. 따라서, 고정부(162) 및 걸림부(164) 사이의 길이가 조절될 수 있다. 고정부(162) 및 걸림부(164) 사이의 길이가 늘어날수록, 동력 전달 부재(40)의 장력은 증가되고, 고정부(162) 및 걸림부(164) 사이의 길이가 줄어들수록, 동력 전달 부재(40)의 장력은 감소될 수 있다. 다시 말하면, 걸림부(164)가 일측으로 이동되면, 동력 전달 부재(40)의 장력이 증가되고, 걸림부(164)가 타측으로 이동되면, 동력 전달 부재(40)의 장력이 감소될 수 있다.
도 7과 같이, 동력 전달 부재(40)는, 삽입 구멍으로부터 일 방향으로 연장되어 걸림 풀리(167)에 걸쳐지고, 걸림 풀리(167)로부터 반대 방향으로 연장되어 고정부(162)에 고정될 수 있다. 이 때, 걸림 풀리(167)는 움직 도르래 기능을 할 수 있다. 위와 같은 구조에 의하면, 동력 전달 부재(40)의 길이 변화는, 걸림부(164)의 이동 거리 변화의 2배가 될 수 있다. 다시 말하면, 걸림부(164)의 이동 공간을 축소시키면서도, 동력 전달 부재(40)의 장력을 충분히 조절할 수 있다.
한편, 이상의 설명은 장력 조절 장치(160)의 하나의 실시 예에 불과할 뿐, 장력 조절 장치(160)가 반드시 위와 같이 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 동력 전달 부재(40)는 걸림부(164)에 고정되고, 장력 조절 장치(160)에서 고정부(162)가 생략되는 것도 가능하다.
이하 상기한 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소에 대하여, 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 상기한 실시 예에 대한 설명은 이하의 실시 예들에도 적용될 수 있다. 이하 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 8은 다른 실시 예에 따른 장력 조절 장치를 나타내는 도면이다. 도 8은 동력 전달 회전체(134')에 하나의 동력 전달 부재(40)가 감기는 경우에 적용될 수 있는 장력 조절 장치(160)를 예시적으로 도시한 것이다.
장력 조절 장치(160)는, 걸림부(164')와, 걸림부 이동 가이드(168')를 포함할 수 있다. 걸림부(164')는, 걸림부 몸체(165')와, 걸림 풀리(167')를 포함하고, 걸림부 몸체(165')에는 가이드 홀(166')이 형성될 수 있다. 걸림부 이동 가이드(168')는, 스크류(170')와, 스크류 이탈 방지부(169')를 포함하고, 스크류(170')는, 스크류 몸체(172')와, 스크류 헤드(174')를 포함할 수 있다.
걸림 풀리(167')는, 걸림부 몸체(165')에 회전 가능하게 구비될 수 있다. 걸림 풀리(167')는, 동력 전달 회전체(134')에 대하여 슬라이딩 이동될 수 있다. 걸림 풀리(167')는, 동력 전달 회전체(134')의 회전 중심을 가로지르는 방향으로 이동될 수 있다. 걸림 풀리(167')에는, 동력 전달 부재(40)의 일측이 걸릴 수 있다.
장력 조절 장치(160)는, 별도의 고정부를 포함하지 않을 수 있다. 이 경우, 동력 전달 부재(40) 중 상측에 위치된 부분의 장력과, 하측에 위치된 부분의 장력의 차이가 발생되면, 걸림 풀리(167')가 회전됨으로써, 서로의 장력이 동일하게 될 수 있다. 따라서, 하나의 걸림부(164')만을 조절하여, 전체 동력 전달 부재(40)의 장력을 조절할 수 있다.
도 9는 또 다른 실시 예에 따른 구동 모듈의 분해 사시도이고, 도 10은 또 다른 실시 예에 따른 구동 모듈의 단면도이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 또 다른 실시 예에 따른 구동 모듈(100)은, 구동원(120)과, 회전체 어셈블리(130)와, 제 1 감속기(140)와, 제 2 감속기(250)와, 장력 조절 장치(160)를 포함할 수 있다.
회전체 어셈블리(130)는, 동력 전달 회전체(134)와, 회전체 케이스(132)를 포함할 수 있다.
제 1 감속기(140)는, 감속기 케이스(142)와, 입력측 회전체(144)와, 출력측 회전체(146)와, 아이들(idle) 회전체(148)를 포함할 수 있다.
제 2 감속기(250)는, 제 1 감속기(140) 및 동력 전달 회전체(134) 사이에 개입될 수 있다. 제 2 감속기(250)는, 제 1 감속기(140)로부터 동력 전달 회전체(134)로 전달되는 동력을 감속시킬 수 있다. 제 2 감속기(250)는, 중심 회전체와, 연결 회전체(252)와, 링 부재(254)와, 캐리어(256)를 포함할 수 있다. 이하 링 부재(254)가 제 2 감속기(250)의 출력단으로 작용하는 경우에 대하여 설명하기로 한다.
캐리어(256)는, 구동 모듈(100)의 내부에 회전되지 않도록 고정될 수 있다. 예를 들어, 캐리어(256)는 회전체 케이스(132)의 일측에 고정될 수 있다. 캐리어(256) 및 회전체 케이스(132)는 일체로 형성될 수도 있다.
연결 회전체(252)의 회전축은 캐리어(256)에 고정될 수 있다. 연결 회전체(252)는, 중심 회전체 및 링 부재(254) 사이에 연결될 수 있다. 연결 회전체(252)는, 중심 회전체로부터 동력을 전달 받아, 링 부재(254)로 동력을 전달할 수 있다.
연결 회전체(252)는, 컴파운드 기어일 수도 있다. 다시 말하면, 연결 회전체(252)는, 중심 회전체의 외주면에 접촉되는 제 1 부분과, 링 부재(254)의 내주면에 접촉되는 제 2 부분을 포함하고, 제 2 부분의 직경은 제 1 부분의 직경보다 작을 수 있다. 위와 같은 구조에 의하면, 보다 큰 감속비를 확보할 수 있다.
링 부재(245)는, 중심 회전체 및 연결 회전체(252)를 감싸는 형상으로 제공될 수 있다. 링 부재(245)의 내주면은, 연결 회전체(252)의 외주면에 연결될 수 있다. 링 부재(245)는, 연결 회전체(252)로부터 동력을 전달 받아 회전될 수 있다.
링 부재(245)는, 동력 전달 회전체(134)에 결합되어 동력 전달 회전체(134)로 동력을 전달할 수 있다. 예를 들어, 링 부재(245)는, 동력 전달 회전체(134)와 하나의 강체 운동을 할 수 있다. 링 부재(245) 및 동력 전달 회전체(134)는 일체로 형성될 수도 있다.
한편, 도 9와 같이 제 2 감속기(250)의 중심 회전체, 연결 회전체(252) 및 링 부재(254)가 치차로 제공되는 경우, 각각 "선 기어", "유성 기어" 및 "링 기어"라고 할 수도 있다. 다만, 반드시 위와 같이 제한되는 것은 아니며, 제 2 감속기(250)는, 굴림 마찰(rolling friction)에 의해 동력을 전달할 수 있는 3개의 풀리(pulley)를 포함할 수도 있다. 다시 말하면, 중심 회전체, 연결 회전체(252) 및 링 부재(254)는, 각각 풀리일 수도 있다. 또한, 제 2 감속기(250)는, 하모닉 드라이브(harmonic drive) 구조를 가질 수도 있다. 다시 말하면, 중심 회전체, 연결 회전체(252) 및 링 부재(254)는 각각 "웨이브 제네레이터(wave generator)", "플렉스플라인(flexspline)" 및 "원형 스플라인(circular spline)"일 수도 있다.
이상과 같이 실시 예들이 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시 예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (19)

  1. 대상체의 일측에 구비되어, 동력을 전달하는 구동원;
    상기 구동원으로부터 전달되는 동력에 의해 회전되는 동력 전달 회전체; 및
    상기 구동원 및 동력 전달 회전체 사이에 동력을 전달하는 제 1 감속기를 포함하고,
    상기 제 1 감속기는,
    상기 구동원으로부터 동력을 전달받는 입력측 회전체; 및
    상기 동력 전달 회전체로 동력을 전달하는 출력측 회전체를 포함하는 구동 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 감속기를 기준으로, 상기 구동원 및 동력 전달 회전체는 같은 방향에 위치되는 구동 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 감속기는,
    상기 입력측 회전체 및 출력측 회전체 사이에 동력을 전달하는 아이들(idle) 회전체를 더 포함하고,
    상기 각각의 입력측 회전체, 아이들 회전체 및 출력측 회전체의 직경은, 동력 전달 순으로 순차적으로 증가되는 구동 모듈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 감속기 및 동력 전달 회전체 사이에 개입되는 제 2 감속기를 더 포함하는 구동 모듈.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 감속기는, 상기 제 2 감속기로 동력을 전달하는 중심 회전체를 포함하고,
    상기 제 2 감속기는,
    상기 중심 회전체의 외주면에 연결되는 연결 회전체; 및
    상기 중심 회전체 및 연결 회전체를 둘러싸는 형상으로, 상기 연결 회전체에 연결되는 링 부재를 포함하는 구동 모듈.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 연결 회전체는,
    상기 중심 회전체의 외주면에 접촉되는 제 1 부분; 및
    상기 링 부재의 내주면에 접촉되고, 상기 제 1 부분보다 작은 직경을 갖는 제 2 부분을 포함하는 구동 모듈.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 링 부재는, 상기 구동 모듈 내부에 회전되지 않도록 고정되고,
    상기 동력 전달 회전체는, 상기 연결 회전체의 공전 방향에 따라 회전되는 구동 모듈.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 연결 회전체는, 상기 구동 모듈의 내부의 일정한 위치에서 회전 가능하도록 고정되고,
    상기 동력 전달 회전체는, 상기 링 부재의 회전 방향에 따라 회전되는 구동 모듈.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 동력 전달 회전체의 회전에 따라 구동되는 동력 전달 부재; 및
    상기 동력 전달 부재의 장력을 조절하기 위한 장력 조절 장치를 더 포함하는 구동 모듈.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 장력 조절 장치는,
    상기 동력 전달 회전체에 대하여 이동 가능하게 배치되며, 상기 동력 전달 부재의 일측이 걸리는 걸림부를 포함하고,
    상기 걸림부가 일측으로 이동되면, 상기 동력 전달 부재의 장력이 증가되고, 상기 걸림부가 타측으로 이동되면, 상기 동력 전달 부재의 장력이 감소하는 구동 모듈.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 동력 전달 회전체는, 상기 동력 전달 부재의 일부가 감기는 홈과, 상기 홈의 일측에 형성되는 삽입 구멍을 포함하고,
    상기 동력 전달 부재의 일측은, 상기 삽입 구멍을 관통하여 상기 걸림부에 걸리는 구동 모듈.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 장력 조절 장치는,
    상기 동력 전달 부재의 일단을 고정하는 고정부; 및
    상기 걸림부의 이동 방향을 안내하는 걸림부 이동 가이드를 더 포함하고,
    상기 동력 전달 부재는, 상기 삽입 구멍으로부터 일 방향으로 연장되어 상기 걸림부에 걸쳐지고, 상기 걸림부로부터 상기 일 방향의 반대 방향으로 연장되어 상기 고정부에 고정되는 구동 모듈.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 걸림부는, 상기 걸림부 이동 가이드에 대하여 슬라이딩 방식으로 이동 가능한 구동 모듈.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 걸림부 이동 가이드는, 스크류와, 상기 스크류가 이탈되는 것을 방지하기 위한 이탈 방지부를 포함하고,
    상기 걸림부는,
    상기 스크류에 대응하는 가이드 홀을 포함하는 걸림부 몸체; 및
    상기 걸림부 몸체에 회전 가능하게 구비되며, 상기 동력 전달 부재의 일측이 걸리는 걸림 풀리를 포함하는 구동 모듈.
  15. 대상체에 고정되는 고정 부재;
    상기 고정 부재의 일측에 구비되며, 구동원과, 상기 구동원으로부터 전달되는 동력에 의해 회전되는 동력 전달 회전체와, 상기 구동원 및 동력 전달 회전체 사이에 동력을 전달하는 평행형 감속기를 포함하는 구동 모듈;
    상기 대상체의 일 부분을 지지하는 지지 모듈; 및
    상기 동력 전달 회전체 및 지지 모듈 사이에서 동력을 전달하는 동력 전달 부재를 포함하고,
    상기 평행형 감속기는,
    상기 구동원으로부터 동력을 전달받는 입력측 회전체; 및
    상기 동력 전달 회전체로 동력을 전달하는 출력측 회전체를 포함하는 운동 보조 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 출력측 회전체 및 동력 전달 회전체 사이에 배치되는 유성 감속기를 더 포함하는 운동 보조 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 출력측 회전체의 회전 축과, 상기 유성 감속기의 중심 회전 축과, 상기 동력 전달 회전체의 회전 축의 축 방향은 일치하는 운동 보조 장치.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 구동 모듈은, 상기 동력 전달 부재의 장력을 조절하기 위한 장력 조절 장치를 더 포함하는 운동 보조 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 장력 조절 장치는,
    상기 동력 전달 회전체에 대하여 이동 가능하게 배치되며, 상기 동력 전달 부재의 일측이 걸리는 걸림부를 포함하고,
    상기 걸림부가 일측으로 이동되면, 상기 동력 전달 부재의 장력이 증가되고, 상기 걸림부가 타측으로 이동되면, 상기 동력 전달 부재의 장력이 감소하는 운동 보조 장치.
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