KR20190037953A - Integrated actuator with central drive structure - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an integrated actuator driven by a motor and a deceleration part, comprising: a body (20); an input terminal (30) connected to a frameless motor (35) at one side of the body (20); and an output terminal (40) connected to the input terminal (30) through the deceleration part (33) at the other side of the body (20), and integrally provided with a one side part (41) and a radius part (42). Accordingly, a structure is improved such that an output end of the actuator is not biased to one side on the basis of a specific speed reducing device, thereby improving the applicability to a small-sized and lightweight vertical multi-joint robot, an automation line, and the like.

Description

중앙단 회전방식 일체형 엑추에이터 {Integrated actuator with central drive structure}[0001] The present invention relates to a single-

본 발명은 로봇의 엑추에이터에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 특정의 감속기를 기반으로 하여 동력전달 계통의 출력단 구조를 개선하기 위한 중앙단 회전방식 일체형 엑추에이터에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to an actuator of a robot, and more particularly, to a center single-rotation type integral type actuator for improving an output stage structure of a power transmission system based on a specific speed reducer.

각종 산업 현장에 투입되는 소형ㆍ경량형 수직 다관절 로봇 및 자동화 라인 등에 SHG 타입의 감속기를 탑재한 일체형 엑추에이터가 적용된다. 일체형 엑추에이터 이전의 로봇 엑추에이터 설계의 트렌드는 상용 프레임모터와 프레임모터 드라이브 등을 조합하여 엑추에이터를 구성하는 것이다. 엑추에이터를 구성하는 부품들이 모두 프레임을 가지고 있어 공간의 낭비와 무게상승의 요인으로 설계 결과물의 성능이나 기능이 상대적으로 낮았으나, 요소 부품 별로 프레임을 통합하고 일체형으로 조합함으로써 출력은 동일하면서 소형ㆍ경량화를 구현할 수 있다.The integrated actuator with the SHG type speed reducer is applied to the small and lightweight vertical articulated robot and automation line that are put into various industrial fields. The trend of the robot actuator design prior to the integral actuator is to construct an actuator by combining a commercial frame motor and a frame motor drive. Although the performance and function of the design result were relatively low due to the waste of space and the increase in weight due to the fact that all of the components constituting the actuator were frames, the output was the same but compact and lightweight Can be implemented.

이와 관련하여 하기의 한국 공개특허공보 제2009-0078743호, 한국 등록특허공보 제1301261호 등의 선행기술문헌을 참고할 수 있다.In this connection, reference can be had to the prior art documents such as Korean Patent Laid-Open Publication No. 2009-0078743 and Korean Patent Publication No. 1301261.

전자는 감속기의 출력플랜지(출력축)가 제1 부재에 고정되고, 감속기 케이싱이, 모터 케이싱을 통하여 제2 부재에 고정되며, 감속기의 입력축이, 편측 지지 상태에서 감속기 케이싱으로부터 돌출된 편측 지지 돌출부를 가지고, 이 편측 지지 돌출부에 편평모터의 로터가 고정된다. 이에, 관절부의 점유용적이 작고, 사람의 팔에 근사한 움직임을 구현하는 효과를 기대한다.(Output shaft) of the speed reducer is fixed to the first member, the speed reducer casing is fixed to the second member via the motor casing, and the input shaft of the speed reducer is provided with a single-side support protruding portion projecting from the speed reducer casing in the one- And the rotor of the flat motor is fixed to the one-side support projection. Therefore, the occupation volume of the joint part is small, and the effect of implementing a motion approximate to a human arm is expected.

후자는 중공부를 갖는 스테이터; 스테이터의 외측에 배치되는 로터; 로터를 지지하는 외륜축, 외륜축에 결합되어 스테이터의 중공부의 내측에 위치하는 중공 형상의 내부축, 내부축에서 연장되어 외측에 감속기가 장착되도록 하는 중공 형상의 출력축을 갖는 중공 샤프트; 등으로 구성된다. 이에, 중공 구조에 주요 부품을 내장하고 관절의 결속력을 높이는 효과를 기대한다.The latter includes a stator having a hollow portion; A rotor disposed outside the stator; An outer ring shaft supporting the rotor, a hollow shaft coupled to the outer ring shaft and having a hollow inner shaft located inside the hollow portion of the stator, and a hollow output shaft extending from the inner shaft to allow the reduction gear to be mounted on the outer side; . Therefore, it is expected that the main part is embedded in the hollow structure and the binding force of the joint is increased.

그러나, 상기한 선행문헌에 의하면 편측 지지에서 탈피하기 어렵기 때문에 소형ㆍ경량화 로봇에 적용하는 측면에서 여전히 개선의 여지를 지니고 있다.However, according to the above-mentioned prior art, since it is difficult to remove from the one-side support, there is still room for improvement in terms of application to a compact and lightweight robot.

한국 공개특허공보 제2009-0078743호 "로봇 관절구동장치" (공개일자 : 2009.07.20.)Korean Patent Laid-Open Publication No. 2009-0078743 entitled "Robot joint drive device" (published on July 20, 2009). 한국 등록특허공보 제1301261호 "중공형 모터 및 그를 이용한 로봇 관절구조" (공개일자 : 2013.09.10.)Korean Patent Registration No. 1301261 entitled "Hollow Motor and Robot Joint Structure Using the Same" (Published on Mar. 10, 2013).

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 특정의 감속기를 기반으로 출력단의 구조를 개선하여 소형ㆍ경량화된 수직 다관절 로봇 및 자동화 라인 등에 적용할 수 있도록 하는 중앙단 회전방식 일체형 엑추에이터를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide an automatic single- To provide an actuator.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 모터와 감속부로 구동되는 일체형 엑추에이터에 있어서: 바디; 상기 바디의 일측에서 프레임리스 모터와 연결되는 입력단; 및 상기 바디의 타측에서 감속부를 개재하여 입력단과 연결되고, 편측부와 반경부를 일체로 구비하는 출력단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an integrated actuator driven by a motor and a decelerator, comprising: a body; An input terminal connected to the frameless motor at one side of the body; And an output end connected to the input end through a decelerating portion on the other side of the body and integrally provided with a side portion and a radius portion.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 입력단은 감속부 상에 하모닉드라이브 구조를 채용하는 것을 특징으로 한다.As a detailed configuration of the present invention, the input end adopts a harmonic drive structure on the deceleration portion.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 출력단의 반경부는 입력단의 일단과 타단 사이에 위치하도록 연장되는 것을 특징으로 한다.In the detailed configuration of the present invention, the radial portion of the output end is extended so as to be positioned between one end and the other end of the input end.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 반경부는 바디의 외주면과 4점지지 볼베어링을 개재하여 동심으로 대향되는 것을 특징으로 한다.As a detailed configuration of the present invention, the radial section is concentrically opposed to the outer peripheral surface of the body via a four-point support ball bearing.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 반경부는 일정한 원주상에 축방향으로 형성되는 다수의 결합공을 구비하는 것을 특징으로 한다.In a detailed configuration of the present invention, the radial section has a plurality of engaging holes formed axially on a predetermined circumferential surface.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 특정의 감속기를 기반으로 엑추에이터 출력단이 편측에 치우치지 않도록 구조를 개선하여 소형ㆍ경량화된 수직 다관절 로봇 및 자동화 라인 등에 대한 적용성을 향상하는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, there is an effect of improving the applicability to a small-sized and lightweight vertical articulated robot and an automation line by improving the structure so that the output end of the actuator is not shifted to one side based on a specific speed reducer.

도 1은 종래의 엑추에이터를 개략적 단면으로 나타내는 구성도
도 2는 본 발명에 따른 엑추에이터를 개략적 단면으로 나타내는 구성도
도 3은 본 발명에 따른 엑추에이터의 요부를 분해하여 나타내는 구성도
도 4는 본 발명에 따른 엑추에이터의 외관 상태를 나타내는 구성도1 is a schematic view showing a conventional actuator in a schematic cross-
Fig. 2 is a schematic view showing a schematic cross section of an actuator according to the present invention
Fig. 3 is a schematic view showing an essential portion of an actuator according to the present invention,
Fig. 4 is a configuration diagram showing an external appearance of the actuator according to the present invention. Fig.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 모터와 감속부로 구동되는 일체형 엑추에이터에 관하여 제안한다. 본 발명은 도면을 통하여 로봇의 관절부에 탑재되는 엑추에이터를 예시하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다.The present invention proposes an integrated actuator driven by a motor and a deceleration section. The present invention exemplifies an actuator mounted on a joint of a robot through the drawings, but is not limited thereto.

본 발명에 따른 바디(20)는 모터하우징(22)을 포함하는 고정단으로서 경량ㆍ고강도의 마그네슘 합금을 사용하여 구성할 수 있다. 모터하우징(22)은 스테이터를 지지하는 부분으로 대략 중앙에 배치된다.The body 20 according to the present invention can be constructed using a lightweight, high strength magnesium alloy as a fixed end including the motor housing 22. [ The motor housing 22 is disposed at a substantially central portion as a portion for supporting the stator.

또한, 본 발명에 따르면 입력단(30)이 상기 바디(20)의 일측에서 프레임리스 모터(35)와 연결된다. 입력단(30)은 바디(20)의 중심에 중공형의 프레임리스 모터(35)를 사용하여 구성된다. 프레임리스 모터(35)는 모터하우징(22)의 내부에 회전 가능하게 수용된다.According to the present invention, the input terminal 30 is connected to the frameless motor 35 at one side of the body 20. The input terminal 30 is constituted by using a hollow frameless motor 35 at the center of the body 20. The frameless motor 35 is rotatably received in the interior of the motor housing 22.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 입력단(30)은 감속부(33) 상에 하모닉드라이브 구조를 채용하는 것을 특징으로 한다. 감속부(33)의 하모닉드라이브는 삼익 HDS사의 FR시리즈 또는 FB시리즈를 적용하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 도 1은 종래의 감속부(13)로서 SHG시리즈를 예시하고, 도 2는 본 발명의 감속부(33)로서 FR시리즈를 예시한다.As a detailed configuration of the present invention, the input stage (30) employs a harmonic drive structure on the deceleration section (33). The harmonic drive of the deceleration unit 33 may be an FR series or a FB series manufactured by SAMICK HDS, but is not limited thereto. FIG. 1 illustrates a SHG series as a conventional deceleration section 13, and FIG. 2 illustrates an FR series as a deceleration section 33 of the present invention.

한편, 입력단(30)은 감속부(33) 외에 구동부(31)와 제동부(32)를 포함하여 구성된다. 구동부(31)는 모터 드라이브, 엔코더 등으로 구성되고, 제동부(32)는 모터브레이크, 하우징 등으로 구성된다.The input terminal 30 includes a driving unit 31 and a braking unit 32 in addition to the deceleration unit 33. The driving unit 31 is constituted by a motor drive, an encoder, etc., and the braking unit 32 is constituted by a motor brake, a housing and the like.

또한, 본 발명에 따르면 편측부(41)와 반경부(42)를 일체로 구비하는 출력단(40)이 상기 바디(20)의 타측에서 감속부(33)를 개재하여 입력단(30)과 연결된다. 출력단(40)은 모터하우징(22)과 유사한 형태로 형성되고 편측부(41)에서 감속부(33)의 단부에 축방향으로 결합되지만 반경방향으로 연장되는 반경부(42)를 통하여 동력을 전달한다.According to the present invention, the output end 40 having the one side portion 41 and the half diameter portion 42 integrally is connected to the input end 30 via the deceleration portion 33 from the other side of the body 20 . The output stage 40 is formed in a shape similar to the motor housing 22 and is coupled axially to the end of the reduction portion 33 at the one side portion 41 but transmits power through the radially extending radius 42 do.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 출력단(40)의 반경부(42)는 입력단(30)의 일단과 타단 사이에 위치하도록 연장되는 것을 특징으로 한다. 도 2에서 반경부(42)가 감속부(33)를 감싸도록 입력단(30)의 일단과 타단 사이의 중앙부(중앙단)에 배치된 상태를 예시한다. 도 1에서 종래의 바디(10), 입력단(11), 출력단(12)으로 구성되는 구성과 비교할 때, 도 2에서 중앙단에 출력단(40)의 반경부(42)를 배치하는 구성이 길이(전장) 축소에 유리하다.The radial portion 42 of the output stage 40 is extended so as to be positioned between one end and the other end of the input stage 30 as a detailed configuration of the present invention. 2, a state in which the radius portion 42 is disposed at a central portion (middle end) between one end and the other end of the input stage 30 so as to surround the deceleration portion 33 is exemplified. 2, the configuration in which the radius 42 of the output stage 40 is disposed at the middle end in the configuration of the conventional body 10, the input stage 11, and the output stage 12 is shown in Fig. It is advantageous to reduce the total length.

도 2의 엑추에이터를 용접용 로봇(품명: CADDY / CADDY2 / INDY)에 적용한 결과 보다 소형 경량화한 설계가 가능한 것으로 나타난다. 도 1의 종래 로봇의 엑추에이터는 감속부(13)의 끝단(편측)에서 링크(도시 생략)에 기구적으로 연결되므로 한쪽으로 치우쳐져 무게 밸런스를 해쳤다. 하지만 본 발명의 일체형 엑추에이터를 활용하면 링크를 무게 중심부에 가깝게 배치할 수 있고, 링크의 형상을 중공 원통형으로 하여 무게는 줄이고 강성을 높이는 형태로 설계할 수 있다. It can be seen that the actuator of Fig. 2 can be designed to be smaller and lighter than the result of applying the actuator to a welding robot (product name: CADDY / CADDY2 / INDY). 1 is mechanically connected to a link (not shown) at the end (one side) of the deceleration section 13, the actuator is biased to one side, and the weight balance is disrupted. However, by utilizing the integral type actuator of the present invention, the link can be disposed close to the center of gravity, and the shape of the link can be designed as a hollow cylindrical shape to reduce the weight and increase the rigidity.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 반경부(42)는 바디(10)의 외주면과 4점지지 볼베어링(45)을 개재하여 동심으로 대향되는 것을 특징으로 한다. 4점지지 볼베어링(45)은 스러스트와 레이디얼 하중을 동시에 감당하는 것으로서 감속부(33)에 배치되고 플랜지(25)를 개재하여 출력단(40)의 내측 공간에 수용된다. 이에, 로봇의 링크와 연결되는 반경부(42)에 작용하는 하중과 충격이 그 내면에 접촉된 4점지지 볼베어링(45)에서 흡수된다.The radial portion 42 is concentrically opposed to the outer circumferential surface of the body 10 via the four-point support ball bearing 45 as a detailed configuration of the present invention. The four-point supporting ball bearing 45 is disposed in the decelerating portion 33 and is accommodated in the inner space of the output stage 40 via the flange 25 by simultaneously supporting the thrust and the radial load. Therefore, a load acting on the radius portion 42 connected to the link of the robot is absorbed by the four-point support ball bearing 45 in contact with the inner surface.

한편, 도 1에서 종래의 엑추에이터는 바디(10)의 내면과 출력단(12)의 외면 사이에 크로스롤러링(15)을 구비하므로 크로스롤러링(15)에서 주로 스러스트 하중을 감당한다.1, the conventional actuator includes a cross roller ring 15 between the inner surface of the body 10 and the outer surface of the output end 12, thereby mainly covering the thrust load in the cross roller ring 15. [

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 반경부(42)는 일정한 원주상에 축방향으로 형성되는 다수의 결합공(43)을 구비하는 것을 특징으로 한다. 결합공(43)은 반경부(42)의 단부에 체결공 형태로 형성되고 일부는 플랜지(25)의 결합에 일부는 링크의 결합에 활용될 수 있다. As a detailed configuration of the present invention, the radiused portion 42 is characterized by having a plurality of engagement holes 43 formed axially on a predetermined circumference. The engaging holes 43 may be formed in the shape of a fastening hole at the end of the radius 42 and some of the engaging holes 43 may be used for engaging the links.

로봇 적용의 일예로, 종래 일체형 엑추에이터를 이용하여 개발한 로봇은 5축 구성이면서 중량 15.5kg이나, 본 발명의 중앙단 회전 타입의 엑추에이터로 6축 로봇 구성 시 약 15kg으로 설계가 가능하다. 120w급의 엑추에이터 간의 중량 차이는 적으나 60w급 엑추에이터의 무게는 150g 가량 경량화되고, 중앙단 회전 타입의 링크 연결로 무게를 줄이면서 기구의 강성을 높일 수 있다.As an example of a robot application, a robot developed using a conventional integrated actuator has a 5-axis structure and a weight of 15.5 kg, but it can be designed to be about 15 kg in the case of a six-axis robot with a center short- Although the weight difference between 120w class actuators is small, the weight of 60w class actuators is lighter by 150g, and the rigidity of the mechanism can be increased by reducing the weight by linkage of the center single rotation type.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention. It is therefore intended that such variations and modifications fall within the scope of the appended claims.

10: 바디 11: 입력단
12: 출력단 13: 감속부
15: 크로스롤러링 20: 바디
22: 모터하우징 25: 플랜지
30: 입력단 31: 구동부
32: 제동부 33: 감속부
35: 프레임리스 모터 40: 출력단
41: 편측부 42: 반경부
43: 결합공 45: 4점지지 볼베어링10: Body 11: Input terminal
12: Output stage 13: Deceleration section
15: Cross roller ring 20: Body
22: motor housing 25: flange
30: Input terminal 31:
32: Braking section 33: Deceleration section
35: Frameless motor 40: Output stage
41: one side portion 42:
43: engaging hole 45: 4 point supporting ball bearing

Claims (5)

모터와 감속부로 구동되는 일체형 엑추에이터에 있어서:
바디(20);
상기 바디(20)의 일측에서 프레임리스 모터(35)와 연결되는 입력단(30); 및
상기 바디(20)의 타측에서 감속부(33)를 개재하여 입력단(30)과 연결되고, 편측부(41)와 반경부(42)를 일체로 구비하는 출력단(40);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 중앙단 회전방식 일체형 엑추에이터.1. An integrated actuator driven by a motor and a decelerator, comprising:
A body 20;
An input terminal 30 connected to the frameless motor 35 at one side of the body 20; And
And an output end 40 connected to the input end 30 via the decelerating portion 33 at the other side of the body 20 and integrally provided with the one side portion 41 and the radius portion 42 It is characterized by a central single-rotation type all-in-one actuator. 청구항 1에 있어서,
상기 입력단(30)은 감속부(33) 상에 하모닉드라이브 구조를 채용하는 것을 특징으로 하는 중앙단 회전방식 일체형 엑추에이터.The method according to claim 1,
Wherein the input stage (30) employs a harmonic drive structure on the deceleration section (33). 청구항 1에 있어서,
상기 출력단(40)의 반경부(42)는 입력단(30)의 일단과 타단 사이에 위치하도록 연장되는 것을 특징으로 하는 중앙단 회전방식 일체형 엑추에이터.The method according to claim 1,
Wherein the radial portion of the output stage extends to be positioned between one end and the other end of the input stage. 청구항 3에 있어서,
상기 반경부(42)는 바디(10)의 외주면과 4점지지 볼베어링(45)을 개재하여 동심으로 대향되는 것을 특징으로 하는 중앙단 회전방식 일체형 엑추에이터.The method of claim 3,
Wherein the radiused portion (42) is concentrically opposed to the outer peripheral surface of the body (10) via a four-point support ball bearing (45). 청구항 4에 있어서,
상기 반경부(42)는 일정한 원주상에 축방향으로 형성되는 다수의 결합공(43)을 구비하는 것을 특징으로 하는 중앙단 회전방식 일체형 엑추에이터.The method of claim 4,
Wherein the radiused portion (42) has a plurality of engagement holes (43) axially formed on a predetermined circumference.
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