KR20170037442A - 직렬 탄성 액추에이터를 위한 아크형 압축 스프링 모듈 - Google Patents

직렬 탄성 액추에이터를 위한 아크형 압축 스프링 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 직렬탄성 액추에이터의 구성품인 탄성체 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 회전동력원의 구동축에 직렬로 연결하여, 탄성체의 변위로 시스템에 발생한 토크를 측정하는 아크형 압축 스프링 모듈에 관한 것이다.

Description

직렬 탄성 액추에이터를 위한 아크형 압축 스프링 모듈 {ARC-SHAPED COMPRESSION SPRING MODULE FOR SERIES ELASITIC ACTUATOR}
본 발명은 직렬탄성 액추에이터의 구성품인 탄성체 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 회전동력원에 직렬로 연결하여, 시스템에 발생한 토크를 탄성체의 변위를 통해 측정하는 아크형 압축 스프링 모듈에 관한 것이다.
직렬 탄성 액추에이터(Series Elastic Actuator)는 도 1과 같이 일반적으로 모터와 같은 동력원의 구동축에 소정의 탄성체를 직렬로 설치한 액추에이터이다. 결합된 탄성체로 인해 액추에이터가 외력에 유연하게 적응할 수 있고, 탄성체의 변위를 측정하면 액추에이터의 토크를 알아낼 수 있어, 이를 액추에이터의 피드백 제어에 이용하여 구동강성을 가변적으로 제어할 수도 있다.
이러한 직렬 탄성 액추에이터에서 토크측정을 위해 일반적으로 비틀림 스프링과 인장-압축 스프링을 사용한다. 비틀림 스프링은 감김 방향과 풀림 방향의 비틀림 강성 및 사용가능 범위가 상이하여, 양쪽 방향을 모두 사용하게 되면 정밀한 토크 측정에 부적합하다. 아울러, 인장-압축 스프링도, 압축 시의 탄성 계수와 인장 시의 탄성 계수가 서로 상이한 이유로 정밀한 토크를 측정할 수 없는 한계를 갖는다.
따라서, 정밀한 토크 측정에 적합한 스프링 모듈을 개발할 필요가 있다.
공개특허 2010-0122797
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 직렬 탄성 액추에이터에서 토크 측정이 정확히 이루어지며 간단한 구조를 갖고, 탄성 계수의 조절 또한 가변적으로 이루어질 수 있는 아크형 압축 스프링 모듈을 제공하는 데 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 아크형 압축 스프링 모듈은, 회전동력원의 구동축과 동일 선상에 연결되는 아크형 압축 스프링 모듈로서, 축방향으로 전방에 위치하며 상기 회전동력원 구동축과 연결되어 회전하는 입력 로터리부; 축방향으로 후방에 위치하며 외부에 구동력을 전달하는 출력 로터리부; 입력 로터리부와 출력 로터리부 사이에 배치되되 상기 입력 로터리부와 출력 로터리부의 회전력 차이에 따른 토크에 비례하여 변형되는 탄성 부재; 및 축방향으로 전방에 위치하며 상기 입력 로터리부와 탄성 부재가 수용되는 수용 공간을 갖는 케이싱;을 포함한다.
바람직하게는, 상기 입력 로터리부는, 상기 회전동력원의 구동축과 동심으로 배치되며 소정의 직경을 갖는 원통형의 로터리 몸체, 상기 로터리 몸체의 직경 방향 외측으로 돌출되는 하나 이상의 입력 돌부, 및 상기 로터리 몸체의 중심에 형성되며 상기 회전동력원의 구동축과 연결되는 연결부를 포함하며, 상기 출력 로터리부는, 상기 로터리 몸체와 동심으로 배치되며 축방향으로 전방에 위치하는 전면과 축방향으로 후방에 위치하는 후면을 갖고 소정의 직경을 갖는 원반형의 지지부, 상기 지지부의 전면 상에 배치되되 직경 방향으로 외측에 위치하며 축방향 전방으로 돌출되는 하나 이상의 출력 돌부, 및 상기 지지부의 후면 상에 배치되되 외부에 구동력을 전달하는 회전축을 포함하고, 상기 탄성 부재는, 상기 로터리 몸체의 외측 둘레에 걸쳐서 아크(arc)형으로 배치되며, 상기 원통형의 로터리 몸체의 둘레면에 의해서 상기 탄성 부재의 내측 아크가 가이드되되, 상기 탄성 부재는 상기 출력 돌부와 입력 돌부 사이에 위치하여 상기 회전동력원의 구동축을 통해 입력 로터리부에 제공되는 회전력과 상기 회전축을 통해 출력 로터리부에 제공된 회전력의 차이에 따른 토크에 비례하여 변형되는 구성을 갖는다.
바람직하게는, 상기 탄성 부재는 코일 스프링으로 구성되되, 상기 코일 스프링은, 상기 로터리 몸체의 외주면을 따라서 아크(arc)형으로 배치되되 상기 로터리 몸체의 둘레 방향을 따라서 권선되어 둘레 방향으로 탄성력이 인가되게 배치되며, 탄성 방향으로 일 단의 적어도 일 부분은 상기 입력 돌부에 지지되게 위치하고 타 단의 적어도 일 부분은 상기 출력 돌부에 지지되게 위치하여, 상기 입력 돌부와 상기 출력 돌부 사이의 상대 회전에 따른 상기 입력 돌부와 상기 출력 돌부 사이의 둘레 방향 간격의 변화에 따라서 가압되어 탄성 변형되는 구성을 갖는다.
바람직하게는, 상기 입력 돌부는 축방향으로 전방에 위치하며, 상기 출력 돌부는 축방향으로 후방에 위치하여, 상기 입력 돌부와 상기 출력 돌부는 축방향 겹쳐짐이 없이 배치되어 상대 회전 중 간섭되지 않도록 위치하며, 상기 입력 돌부와 상기 출력 돌부는 각각 상기 입력 로터리부 및 출력 로터리부의 회전에 따라서 회전 변위하여 상기 아크형 코일 스프링이 상기 입력 돌부와 상기 출력 돌부 사이에서 가압되어 변형되는 구성을 갖는다.
바람직하게는, 상기 입력 돌부는 복수 개 마련되며, 서로 상기 로터리 몸체의 둘레 방향으로 소정의 간격을 두고 이격되게 배치되고, 상기 출력 돌부는, 복수 개 마련되고, 서로 상기 지지부의 둘레 방향으로 소정의 간격을 두고 이격되게 배치되되, 상기 출력 돌부의 위치와 상기 입력 돌부의 위치는 둘레 방향으로 대응되어 축방향으로 중첩되는 위치에 배치되는 구성을 갖는다.
바람직하게는, 상기 로터리 몸체는, 축방향으로 소정의 직경을 갖는 원통형으로 구성되고, 상기 입력 돌부의 축방향 폭은 상기 로터리 몸체의 축방향 폭보다 작으며, 상기 로터리 몸체의 축방향 전방에 배치되어 축방향 후방과 소정 간격을 갖는다.
바람직하게는, 상기 케이싱은, 상기 지지부의 형상에 대응하는 원반형 형상을 갖고 중심부에 연결 홀이 형성된 전면부, 및 상기 전면부의 둘레에 걸쳐 축방향으로 소정 폭 돌출되어 원통형으로 구성되는 둘레부를 포함하여, 상기 수용 공간은 원통형 형상을 갖도록 형성되어 상기 입력 로터리부 및 탄성 부재가 수용되며 상기 둘레부의 축방향 단부는 상기 지지부의 외주부와 연결되고, 상기 둘레부의 내주면에 의해서 상기 코일 스프링의 외측 아크가 가이드되는 구성을 갖는다.
바람직하게는, 상기 회전동력원의 구동축과 연결되는 입력 로터리 센서, 및 상기 회전축과 연결되는 출력 로터리 센서를 더 포함한다.
본 발명에 따른 아크형 압축 스프링 모듈은 압축 스프링을 아크형으로 배치하여 동일한 축방향 두께 대비 큰 비틀림 강성을 구현할 수 있다. 또한, 로터리부가 시계방향, 또는 시계반대방향의 어떠한 방향으로 회전하는 경우에도, 인장됨이 없이 단지 압축되도록 구성됨으로써, 탄성계수가 일정한 상태에서 측정이 이루어질 수 있다. 즉, 전체적인 모듈의 비틀림 강성이 비틀림 방향에 관계없이 일정하게 적용된다.
또한, 케이싱 및 출력 로터리부 사이에 형성되는 소정의 수용 공간 내에 압축 스프링을 수용시킴으로써 별도의 고정 구조가 필요 없으며 조립 구조가 매우 간단하다.
아울러, 탄성 부재로 사용되는 스프링을 아크형으로 배치함으로써 공간 효율이 높으며, 이로 인해 탄성체 모듈의 사용가능 변위 및 비틀림 강성의 설계 자유도가 높다. 즉, 출력 돌부 및 입력 돌부의 개수에 따라서 복수 개의 수용 공간이 마련되며, 상기 수용 공간 내에 수용되는 스프링의 개수에 따라서 더욱 큰 비틀림 강성을 설계할 수 있다. 또한, 상기 스프링은 병렬로 연결된 구조로서, 수용 공간의 개수, 및 스프링의 개수에 따라서 탄성 계수가 조절되며, 그에 따라서 큰 폭의 비틀림 강성 조절이 구현될 수 있다.
도 1 은 본 발명의 배경 기술에 따른 직렬 탄성 액추에이터(Series Elastic Actuator) 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 아크형 압축 스프링 모듈을 분해하여 나타낸 도면이다.
도 3 은 도 2 의 아크형 압축 스프링 모듈을 다른 방향에서 바라본 도면이다.
도 4 는 입력 로터리부와 출력 로터리부 및 탄성 부재의 결합 구조를 나타낸 도면이다.
도 5 는 도 4 를 다른 방향에서 본 도면이다.
도 6 은 입력 로터리부와 출력 로터리부 및 케이싱의 결합 구조를 나타낸 도면이다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 아크형 압축 스프링 모듈을 분해하여 나타낸 도면이다.
도 8 은 도 7 에 따른 아크형 압축 스프링 모듈의 작동을 나타낸 도면이다.
도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 아크형 압축 스프링 모듈의 구조를 나타낸 도면이다.
도 10 은 본 발명의 일 실시예에 따른 아크형 압축 스프링 모듈의 구조를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 아크형 압축 스프링 모듈을 분해하여 나타낸 도면이고, 도 3 은 도 2 의 아크형 압축 스프링 모듈을 다른 방향에서 바라본 도면이며, 도 4 는 입력 로터리부와 출력 로터리부 및 탄성 부재의 결합 구조를 나타낸 도면이고, 도 5 는 도 4 를 다른 방향에서 본 도면이며, 도 6 은 입력 로터리부와 출력 로터리부 및 케이싱의 결합 구조를 나타낸 도면이고, 도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 아크형 압축 스프링 모듈을 분해하여 나타낸 도면이며, 도 8 은 도 7 에 따른 아크형 압축 스프링 모듈의 작동을 나타낸 도면이고, 도 9 및 10 은 본 발명의 일 실시예에 따른 아크형 압축 스프링 모듈의 구조를 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 아크형 압축 스프링 모듈은, 출력 로터리부(200); 입력 로터리부(100); 탄성 부재(300); 및 케이싱(400);을 포함한다.
먼저, 입력 로터리부(100)에 대해 설명한다.
입력 로터리부(100)는 원통형으로 구성된 로터리 몸체(110), 및 입력 돌부(120)를 포함하여 구성된다.
로터리 몸체(110)는 직경 방향으로 소정의 외경 및 축방향 폭을 갖는 원통형으로 구성된다. 로터리 몸체(110)는 상술한 회전동력원 구동축과 연결될 수 있는 부재로서, 도 2 및 3 에 도시된 바와 같이, 회전동력원 구동축과 연결될 수 있도록 하는 연결부(130)를 가질 수 있다. 상기 연결부(130)는 상기 로터리 몸체(130)의 중심부가 관통되어 입력축이 삽입될 수 있는 소정의 관통 홀로 형성될 수 있으나, 반드시 이에 한정하지는 아니한다.
상기 입력 돌부(120)는 상기 로터리 몸체(110)의 외측 둘레면에 구비되며, 로터리 몸체(110)의 둘레면으로부터 직경 방향 외측으로 돌출되게 구성된다. 상기 입력 돌부(120)는 직경 방향으로 소정의 너비를 갖고 돌출되고, 축 방향으로도 소정의 폭을 가져서, 소정의 판상으로 구성될 수 있다.
상기 입력 돌부(120)는 복수 개 구비될 수 있으며, 일 예에 의하면 도 2 및 3 에 도시된 바와 같이, 2 개 구비되어 제1 입력 돌부(122), 및 제2 입력 돌부(124)를 가지며, 둘레 방향으로 소정의 중심각 및 그에 따른 간격을 갖고 서로 이격되게 배치될 수 있다. 한편, 도 7 과 같이 입력 돌부(120)가 하나 구비되는 것도 가능하다.
다음으로, 출력 로터리부(200)에 대해 설명한다.
출력 로터리부(200)는 원반형의 지지부(210), 출력 돌부(220), 및 회전축(230)을 포함한다.
지지부(210)는 축방향으로 전방에 위치하는 전면(212)과 축방향으로 후방에 위치하는 후면(214)을 갖고 소정의 직경을 갖는 원반형으로 구성된다.
출력 돌부(220)는 상기 지지부(210)의 전면(212) 상에 하나 이상 배치된다. 상기 출력 돌부(220)는 상기 원반형의 지지부(210)의 직경 방향으로 외측에 위치하며 축방향 전방으로 소정의 폭을 갖고 돌출되고 직경 방향으로 소정의 너비를 갖는다. 상기 출력 돌부(220)는 도 7 과 같이 하나 구비될 수도 있으나, 도 1 및 2 와 같이 2 개 이상 구비될 수도 있다. 이에 따라서, 출력 돌부(220)는 2 개 구비되어 제1 출력 돌부(122), 및 제2 출력 돌부(124)를 가지며, 제1 출력 돌부(122)와 제2 출력 돌부(124)는 둘레 방향으로 소정의 중심각을 갖고, 그에 따른 간격을 가지며 서로 이격되게 배치될 수 있다.
한편, 지지부(210)의 중심과 각각의 출력 돌부(220) 사이의 거리는 상기 로터리 몸체(110)의 반경과 대응하거나, 그보다 작을 수 있다. 즉, 이를 달리 설명하면, 로터리 몸체(110)의 외경은 상기 지지부(210)에 구비되는 복수 개의 출력 돌부(220)의 내면이 형성하는 원의 직경과 같거나 또는 그보다 작을 수 있다. 이에 따라서, 로터리 몸체(110)가 상기 지지부(210)의 전면에 구비된 상기 복수 개의 출력 돌부(220) 사이에서 회전할 수 있다.
회전축(230)은 상기 지지부(210)의 후면(214) 상에 배치된다.
이하에서는 입력 돌부(120)와 출력 돌부(220)의 위치 관계를 고찰한다.
먼저, 둘레 방향으로 상기 입력 돌부(120)와 출력 돌부(220)의 위치 관계를 설명하면 하기와 같다.
바람직하게는, 상기 입력 돌부(120)의 둘레 방향 배치는 상술한 출력 돌부(220)의 둘레 방향 배치와 대응된다. 즉, 도 4 와 같이, 입력 로터리부(100)와 출력 로터리부(200)를 동심으로 위치시켰을 때, 상기 출력 돌부(220)와 상기 입력 돌부(120)는 둘레 방향으로 서로 대응되는 위치에 놓일 수 있다. 여기서, 대응된다 함은 축방향으로 볼 때 서로 겹쳐질 수 있음을 의미한다. 이를 달리 설명하면, 각각의 입력 돌부(122, 224)가 서로 갖는 둘레 방향 간격과 복수의 출력 돌부(222, 124)가 서로 갖는 둘레 방향 간격은 서로 동일, 또는 매우 유사한 것으로 이해될 수 있다. 물론, 도 7 과 같이 하나의 입력 돌부(120) 및 출력 돌부(220)가 구비될 때에는 이러한 대응 관계가 필요치 아니할 것이다.
이어서, 상기 출력 돌부(220)와 입력 돌부(120) 사이의 위치 관계를 축방향으로 고찰하면 하기와 같다.
상기 출력 돌부(220)는 축방향으로 후방에 위치하며, 상기 입력 돌부(120)는 축방향으로 전방에 위치하여, 상기 출력 돌부(220)와 상기 입력 돌부(120)는 축방향 겹쳐짐이 없이 배치되어 상기 입력 로터리부(100)와 출력 로터리부(200)의 상대 회전 중 서로 간섭되지 않도록 위치할 수 있다.
즉, 도 4 및 5 에 도시된 바와 같이, 출력 돌부(220)와 입력 돌부(120)는 각각 축방향으로 전후 위치에 위치하며, 입력 로터리부(100)와 출력 로터리부(200)가 각각 동심으로 회전해도 출력 돌부(220)와 입력 돌부(120) 사이의 걸림이 없는 배치를 가질 수 있다.
이를 위해, 도 6 에 도시된 바와 같이, 상기 입력 로터리부(100)는 축방향으로 소정의 폭을 갖는 원통형의 로터리 몸체(110)를 갖되, 상기 입력 돌부(120)의 축방향 폭 A 은 상기 로터리 몸체(110)의 축방향 폭 B 보다 작으며, 상기 로터리 몸체(110)의 축방향 전방에 배치되어 축방향 후방과 소정의 간격 C 을 갖는 공간이 형성되고, 상기 공간에 상기 출력 돌부(220)가 위치하여 회전하는 위치 관계를 가질 수 있다. 물론 이때, 상기 출력 돌부(220)의 축방향 돌출 높이 D 는 상기 간격의 크기 C 보다 작거나 같을 수 있다.
다음으로는 탄성 부재(300)에 대해 설명한다.
탄성 부재(300)는 상기 출력 로터리부(200)와 입력 로터리부(100)의 상대 회전에 따라서 회전력의 차이에 따른 가압력에 비례하여 변형되는 부재로서, 예컨대 도면에 도시된 바와 같이, 코일 스프링으로 구성될 수 있다.
상기 탄성 부재(300)는 상기 로터리 몸체(110)의 외주면을 따라서 아크(arc)형으로 배치된다. 이에 따라서, 상기 로터리 몸체(110)의 둘레면은 상기 탄성 부재(300)의 내측 아크를 가이드한다. 아울러 상기 탄성 부재(300)는 탄성 방향으로 상기 출력 돌부(220)와 입력 돌부(120) 사이에 위치하여 상기 입력 로터리부(100)와 상기 출력 로터리부(200)의 회전력 차이에 의해 발생되는 토크에 비례하여 변형될 수 있다.
예컨대 상기와 같이 탄성 부재(300)가 스프링인 경우, 스프링의 탄성력 인가 방향은 둘레 방향이 되도록 수납됨으로써, 상기 스프링은 상기 로터리 몸체(110)의 둘레의 형태에 대응하여 아크(arc)형의 배치를 갖게 된다. 즉, 후술하는 케이싱(400)의 내측면과 로터리 몸체(110)의 둘레, 출력 돌부(220) 및 입력 돌부(120)로 이루어진 소정의 수납 공간이 아크(arc) 형으로 구성되어, 스프링의 탄성력 인가 방향을 적절하게 가이드할 수 있다.
상술한 탄성 부재(300)는 출력 돌부(220)와 입력 돌부(120) 사이에 배치되어 출력 돌부(220)와 입력 돌부(120) 사이의 간격의 변화에 따라서 변형될 수 있다. 즉, 출력 로터리부(200)와 입력 로터리부(100)가 서로 상대 회전하여 출력 돌부(220)와 입력 돌부(120) 사이의 간격이 작아지면 압축 변형될 수 있다.
한편, 상기와 같이, 출력 돌부(220)와 입력 돌부(120)가 복수 개 구비되면, 복수의 출력 돌부(220)와 입력 돌부(120) 사이에 상기 탄성 부재(300)가 배치될 수 있다. 즉, 도 3 과 같이, 제1 출력 돌부(222), 및 제2 출력 돌부(224)와 제1 입력 돌부(122), 및 제2 입력 돌부(124)가 서로 축방향으로 나란히 대응되게 배치되며, 상기 제1 출력 돌부(222) 및 제1 입력 돌부(122)와 제2 출력 돌부(224) 및 제2 입력 돌부(124) 사이에 상기 탄성 부재(300)가 배치되는 구성을 가질 수 있다.
이하에서는 케이싱(400)에 대해 설명한다.
케이싱(400)은 축방향으로 전방에 위치하여 상기 입력 로터리부(100)와 탄성 부재(300)가 수용될 수 있도록 수용 공간을 갖는 부재이다.
구체적으로는, 상기 케이싱(400)은 전체적으로 원통형으로 구성되는 부재로서, 원통형의 일 단을 구성하는 전면부(410), 및 원통형의 둘레를 구성하는 둘레부(420)를 포함하여 구성된다.
전면부(410)는 지지부(210)의 형상에 대응하는 원반형 형상을 가져서 소정의 직경을 가지며, 중심부에 회전동력원 구동축이 통과하여 상기 로터리 몸체(110)의 연결부(130)와 연결될 수 있도록 하는 연결 홀(430)이 형성되는 구성을 갖는다.
둘레부(420)는 전면부(410)의 둘레에 걸쳐 축방향으로 소정의 폭을 가져서 원통형 형상을 갖는다. 상기 둘레부(420)의 내주 둘레면은 상기 탄성 부재(300)의 외측 아크를 가이드한다. 아울러, 둘레부(420)의 축 방향 단부는 지지부(210)의 외주부와 연결됨으로써, 전체적으로 케이싱(400)과 지지부(210)가 결합되어 내부에 상기 입력 로터리부(100) 및 탄성 부재(300)가 수용될 수 있는 수용 공간(440)을 형성한다.
한편, 도 6 에 도시된 바와 같이, 상기 수용 공간(440)은 입력 로터리부(100) 및 탄성 부재(300)를 수용하고 지지부(210)에 결합되기 알맞도록, 적절한 깊이 E 및 직경 F 을 가질 수 있다.
한편, 상기와 같이 회전동력원 구동축에는 입력 로터리 센서(500)이 더 연결되고, 출력 로터리부(200)의 회전축(230)에는 출력 로터리 센서(600)가 더 연결되어, 탄성 부재의 변위를 측정할 수 있다.
한편, 도 9 와 같이, 본 발명에 따른 아크형 압축 스프링 모듈은 소정의 회전동력원 구조체와 연결되어 사용될 수 있다. 회전동력원 구조체는 소정의 모터(710), 기어 세트(720)를 포함할 수 있으며, 기어 세트(720)는 연결부(130)와 연결될 수 있는 소정의 입력 기어(730)를 포함할 수 있다.
도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 아크형 압축 스프링 모듈의 작동을 나타낸 도면이다. 이하에서는 도 8 을 참조하여 본 발명에 따른 아크형 압축 스프링 모듈의 작동에 대해 설명하되, 보다 명확한 설명을 위해, 도 7 에 도시된 바와 같이 입력 돌부(120)와 출력 돌부(220)가 각각 하나씩 마련된 실시 형태를 통해 설명한다.
도 8 의 (a) 에서는 입력 로터리부(100)와 출력 로터리부(200) 사이에 회전력의 차이가 없으므로 상대 회전이 없는 상태를 나타내며, 이때 탄성 부재(300)는 압축 변형되지 아니한다.
도 8 의 (b) 에서는 회전력의 차이로 인해 입력 로터리부(100)가 화살표 P 와 같이 반시계방향으로 상대 회전하는 것을 나타내며, 이때 입력 돌부(120)와 출력 돌부(220) 사이의 간격이 작아져서 탄성 부재(300)가 압축되게 된다.
도 8 의 (c) 에서는 회전력의 차이로 인해 입력 로터리부(100)가 화살표 Q 와 같이 시계방향으로 상대 회전하는 것을 나타낸다. 이때, 입력 로터리부(100)가 시계방향으로 1 회전 하면서 입력 돌부(120)가 출력 돌부(220)를 지나게 되며 탄성 부재(300)를 밀게 된다. 이어서 입력 로터리부(100)가 더욱 회전하면 입력 돌부(120)와 출력 돌부(220) 사이에 탄성 부재(300)가 위치하며 간격이 작아짐에 따라서 탄성 부재(300)가 압축되게 된다. 이에 따르면, 입력 로터리부(100)와 출력 로터리부(200)가 시계 방향이나, 반시계 방향으로 상대 회전하는 경우 모두 탄성 부재(300)가 압축되게 된다.
이에 따라서, 탄성 부재(300)는 회전동력원의 구동축을 통해 입력 로터리부(100)에 제공되는 회전력과 회전축(230)을 통해 출력 로터리부(200)에 제공된 회전력의 차이에 따른 토크에 비례하여 변형된다. 이때, 탄성 부재에 작용하는 토크의 크기와 탄성 부재(300)의 압축 변형량은 비례하게 된다.
본 발명에 따른 아크형 압축 스프링 모듈은 다음과 같은 효과를 갖는다.
토크 측정을 위해 비틀림 스프링을 사용하는 경우, 감김 방향과 풀림 방향의 비틀림 강성 및 사용가능 범위가 상이하여, 정밀한 토크 측정에 부적합하다. 아울러, 일반 스프링을 사용할 경우에도, 일반 스프링은 압축 시의 탄성 계수와 인장 시의 탄성 계수가 서로 상이한 이유로 정밀한 토크를 측정할 수 없는 한계를 갖는다.
그러나, 본 발명에 따른 아크형 압축 스프링 모듈은 압축 스프링을 아크형으로 배치하여 동일한 축방향 두께 대비 큰 비틀림 강성을 구현할 수 있다. 또한, 입력 로터리부(100)와 출력 로터리부(200)가 시계방향, 또는 시계반대방향의 어떠한 방향으로 회전하는 경우에도, 인장됨이 없이 단지 압축되도록 구성됨으로써, 탄성계수가 일정한 상태에서 측정이 이루어질 수 있다. 즉, 전체적인 모듈의 비틀림 강성이 비틀림 방향에 관계없이 일정하게 적용된다.
또한, 케이싱(400) 과 출력 로터리부(200) 사이에 형성되는 소정의 수납 공간 내에 탄성 부재(300)를 수납시킴으로써 별도의 복잡한 수납 구조가 필요 없으며 조립 구조가 매우 간단하다.
아울러, 탄성 부재(300)로 사용되는 스프링을 아크형으로 배치함으로써 축 방향 두께가 얇아져서 공간 효율이 높다. 아울러, 스프링을 고정할 필요가 없이 수납 공간 내에 수납하는 것으로 충분하므로, 복잡한 구조가 필요없게 된다.
또한, 탄성체 모듈의 사용가능 변위 및 비틀림 강성의 설계 자유도가 높다. 즉, 출력 돌부(220) 및 입력 돌부(120)의 개수에 따라서 복수 개의 수납 공간이 마련되며, 상기 수납 공간 내에 수납되는 스프링의 개수에 따라서 더욱 큰 비틀림 강성을 설계할 수 있다. 예컨대, 도 10 에 도시된 바와 같이, 3 개의 출력 돌부 및 입력 돌부(122, 224, 226)가 마련되어 3 개의 수납 공간이 마련되며, 상기 3 개의 수납 공간 내에 각각 K 의 탄성 계수를 갖는 스프링을 수납시킬 경우, 전체적인 탄성 계수는 3 배인 3K 가 될 수 있다. 즉, 상기 스프링은 마치 직렬 연결과 같은 형상을 가지나, 실질적으로는 병렬로 연결된 구조이다. 따라서 수납 공간의 개수, 및 스프링의 개수에 따라서 탄성 계수가 조절되며, 그에 따라서 큰 폭의 비틀림 강성 조절이 구현될 수 있다.
이상에서는 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100: 입력 로터리부
110: 로터리 몸체
112: 외주부
120: 입력 돌부
122: 제1 입력 돌부
124: 제2 입력 돌부
130: 연결부
200: 출력 로터리부
210: 지지부
212: 전면
214: 후면
220: 출력 돌부
222: 제1 출력 돌부
224: 제2 출력 돌부
230: 회전축
300: 탄성 부재
400: 케이싱
410: 전면부
420: 둘레부
430: 연결 홀
440: 수납 공간
500: 입력 로터리 센서
600: 출력 로터리 센서
700: 회전동력원 구조체
710: 모터
720: 기어 세트
730: 입력 기어

Claims (8)

  1. 소정의 회전동력원의 구동축과 동일 선상에 연결되는 아크형 압축 스프링 모듈에 있어서,
    축방향으로 전방에 위치하며 상기 회전동력원의 구동축과 연결되어 회전하는 입력 로터리부;
    축방향으로 후방에 위치하며 외부에 구동력을 전달하는 출력 로터리부;
    입력 로터리부와 출력 로터리부 사이에 배치되되 상기 입력 로터리부와 출력 로터리부의 회전력의 차이에 따른 토크에 비례하여 변형되는 탄성 부재; 및
    축방향으로 전방에 위치하며 상기 입력 로터리부와 탄성 부재가 수용되는 수용 공간을 갖는 케이싱;을 포함하는 아크형 압축 스프링 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 입력 로터리부는,
    상기 회전동력원의 구동축과 동심으로 배치되며 소정의 직경을 갖는 원통형의 로터리 몸체,
    상기 로터리 몸체의 직경 방향 외측으로 돌출되는 하나 이상의 입력 돌부, 및
    상기 로터리 몸체의 중심에 형성되며 상기 회전동력원의 구동축과 연결되는 연결부를 포함하며,
    상기 출력 로터리부는,
    상기 로터리 몸체와 동심으로 배치되며 축방향으로 전방에 위치하는 전면과 축방향으로 후방에 위치하는 후면을 갖고 소정의 직경을 갖는 원반형의 지지부,
    상기 지지부의 전면 상에 배치되되 직경 방향으로 외측에 위치하며 축방향 전방으로 돌출되는 하나 이상의 출력 돌부, 및
    상기 지지부의 후면 상에 배치되되 외부에 구동력을 전달하는 회전축을 포함하고,
    상기 탄성 부재는,
    상기 로터리 몸체의 외측 둘레에 걸쳐서 아크(arc)형으로 배치되며, 상기 원통형의 로터리 몸체의 둘레면에 의해서 상기 탄성 부재의 내측 아크가 가이드되되,
    상기 탄성 부재는 상기 출력 돌부와 입력 돌부 사이에 위치하여 상기 회전동력원의 구동축을 통해 입력 로터리부에 제공되는 회전력과 상기 회전축을 통해 출력 로터리부에 제공된 회전력의 차이에 따른 토크에 비례하여 변형되는 아크형 압축 스프링 모듈.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 탄성 부재는 코일 스프링으로 구성되되,
    상기 코일 스프링은,
    상기 로터리 몸체의 외주면을 따라서 아크형으로 배치되되 상기 로터리 몸체의 둘레 방향을 따라서 권선되어 둘레 방향으로 탄성을 인가하게 배치되며,
    탄성 방향으로 일 단의 적어도 일 부분은 상기 입력 돌부에 지지되게 위치하고 타 단의 적어도 일 부분은 상기 출력 돌부에 지지되게 위치하여,
    상기 입력 돌부와 상기 출력 돌부 사이의 상대 회전에 따른 상기 입력 돌부와 상기 출력 돌부 사이의 둘레 방향 간격의 변화에 따라서 가압되어 탄성 변형되는 아크형 압축 스프링 모듈.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 입력 돌부는 축방향으로 전방에 위치하며,
    상기 출력 돌부는 축방향으로 후방에 위치하여, 상기 입력 돌부와 상기 출력 돌부는 축방향 겹쳐짐이 없이 배치되어 상대 회전 중 간섭되지 않도록 위치하며,
    상기 입력 돌부와 상기 출력 돌부는 각각 상기 입력 로터리부 및 출력 로터리부의 회전에 따라서 회전 변위하여 상기 코일 스프링이 상기 입력 돌부와 상기 출력 돌부 사이에서 가압되어 변형되는 아크형 압축 스프링 모듈.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 입력 돌부는 복수 개 마련되며, 서로 상기 로터리 몸체의 둘레 방향으로 소정의 간격을 두고 이격되게 배치되고,
    상기 출력 돌부는 복수 개 마련되며, 서로 상기 지지부의 둘레 방향으로 소정의 간격을 두고 이격되게 배치되며,
    상기 입력 돌부의 위치와 상기 출력 돌부의 위치는 둘레 방향으로 대응되어 축방향으로 중첩되는 위치에 배치되는 아크형 압축 스프링 모듈.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 로터리 몸체는,
    축방향으로 소정의 폭을 갖는 원통형으로 구성되고,
    상기 입력 돌부의 축방향 폭은 상기 로터리 몸체의 축방향 폭보다 작으며, 상기 로터리 몸체의 축방향 전방에 배치되어 축방향 후방과 소정 간격을 갖는 아크형 압축 스프링 모듈.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 케이싱은,
    상기 지지부의 형상에 대응하는 원반형 형상을 갖고 중심부에 연결 홀이 형성된 전면부, 및
    상기 전면부의 둘레에 걸쳐 축방향으로 소정 폭 돌출되어 원통형으로 구성되는 둘레부를 포함하여,
    상기 수용 공간은 원통형 형상을 갖도록 형성되어 상기 입력 로터리부 및 탄성 부재가 수용되며 상기 둘레부의 축방향 단부는 상기 지지부의 외주부와 연결되고,
    상기 둘레부의 내주면에 의해서 상기 코일 스프링의 외측 아크가 가이드되는 아크형 압축 스프링 모듈.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 회전동력원의 구동축과 연결되는 입력 로터리 센서, 및
    상기 회전축과 연결되는 출력 로터리 센서를 더 포함하여 상기 탄성 부재의 변위를 측정할 수 있는 아크형 압축 스프링 모듈.
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101991954B1 (ko) * 2018-07-20 2019-06-24 엘지전자 주식회사 직렬 탄성 구동기
WO2019164037A1 (ko) * 2018-02-23 2019-08-29 (주)로보티즈 연성부를 갖는 액추에이터 모듈
KR102055946B1 (ko) 2018-07-20 2019-12-13 엘지전자 주식회사 직렬 탄성 구동기
WO2020204234A1 (ko) * 2019-04-05 2020-10-08 (주)로보티즈 가변 강성 탄성체 및 이를 가지는 액츄에이터 모듈
KR20210082920A (ko) 2019-12-26 2021-07-06 엘지전자 주식회사 직렬탄성 구동기
KR20210082935A (ko) 2019-12-26 2021-07-06 엘지전자 주식회사 직렬탄성 구동기
KR20210090898A (ko) 2020-01-13 2021-07-21 엘지전자 주식회사 직렬탄성 구동기
US11248674B2 (en) 2017-08-24 2022-02-15 Ressorts Liberte Inc. Coil spring and method of fabrication thereof

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108721009B (zh) 2017-04-14 2019-08-16 香港中文大学 磁流变串联弹性驱动器
CN108839008A (zh) * 2018-09-18 2018-11-20 西北农林科技大学 一种新型的圆筒式弹性驱动器
KR102360823B1 (ko) 2020-09-01 2022-02-08 재단법인대구경북과학기술원 직렬 탄성 액추에이터

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100122797A (ko) 2009-05-13 2010-11-23 가톨릭대학교 산학협력단 간암 진단용 마커로서의 ｒｐｓ 14의 용도

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01316521A (ja) * 1988-06-17 1989-12-21 Atsugi Unisia Corp 捩り振動減衰装置
JP4173275B2 (ja) 2000-05-26 2008-10-29 株式会社エクセディ 弾性連結機構
CN102639893A (zh) 2009-11-19 2012-08-15 爱信精机株式会社 动力传递机构
FR2988455B1 (fr) 2012-03-20 2014-03-14 Valeo Embrayages Dispositif de transmission de couple pour un vehicule automobile
KR20130109485A (ko) * 2012-03-27 2013-10-08 학교법인 두원학원 사판식 압축기의 구동축 지지구조

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100122797A (ko) 2009-05-13 2010-11-23 가톨릭대학교 산학협력단 간암 진단용 마커로서의 ｒｐｓ 14의 용도

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11248674B2 (en) 2017-08-24 2022-02-15 Ressorts Liberte Inc. Coil spring and method of fabrication thereof
WO2019164037A1 (ko) * 2018-02-23 2019-08-29 (주)로보티즈 연성부를 갖는 액추에이터 모듈
KR102055946B1 (ko) 2018-07-20 2019-12-13 엘지전자 주식회사 직렬 탄성 구동기
KR101991954B1 (ko) * 2018-07-20 2019-06-24 엘지전자 주식회사 직렬 탄성 구동기
WO2020204234A1 (ko) * 2019-04-05 2020-10-08 (주)로보티즈 가변 강성 탄성체 및 이를 가지는 액츄에이터 모듈
KR20200117628A (ko) * 2019-04-05 2020-10-14 (주)로보티즈 가변 강성 탄성체 및 이를 가지는 액츄에이터 모듈
US11745336B2 (en) 2019-04-05 2023-09-05 Robotis Co., Ltd. Elastic body having variable rigidity, and actuator module including same
KR20210082935A (ko) 2019-12-26 2021-07-06 엘지전자 주식회사 직렬탄성 구동기
US11639739B2 (en) 2019-12-26 2023-05-02 Lg Electronics Inc. Series elastic actuator
KR20210082920A (ko) 2019-12-26 2021-07-06 엘지전자 주식회사 직렬탄성 구동기
US11835411B2 (en) 2019-12-26 2023-12-05 Lg Electronics Inc. Series elastic actuator
KR20210090898A (ko) 2020-01-13 2021-07-21 엘지전자 주식회사 직렬탄성 구동기
US11346434B2 (en) 2020-01-13 2022-05-31 Lg Electronics Inc. Series elastic actuator

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