KR20220036755A - 중공형 사이클로이드 감속기 - Google Patents

중공형 사이클로이드 감속기 Download PDF

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KR20220036755A KR1020200119318A KR20200119318A KR20220036755A KR 20220036755 A KR20220036755 A KR 20220036755A KR 1020200119318 A KR1020200119318 A KR 1020200119318A KR 20200119318 A KR20200119318 A KR 20200119318A KR 20220036755 A KR20220036755 A KR 20220036755A
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Abstract

중공형 사이클로이드 감속기가 제공된다. 이 중공형 사이클로이드 감속기는 중공형의 하우징, 하우징 내에 수용되되, 입력 토크를 받아 편심 회전력을 제공하는 중공형의 입력축, 하우징 내에 수용되도록 입력축의 외측에 구비되되, 입력축의 편심 회전력에 의해 병진 운동하는 n개(여기서 n은 100 이상의 자연수)의 외치들을 갖는 중공형의 선 기어, 하우징 내에 수용되도록 선 기어의 외측에 구비되되, 선 기어의 n개의 외치들과 맞물려 입력축의 편심 회전력을 감속시키는 동시에 선 기어를 동심 회전하게 하는 n+1개의 내치들을 갖는 중공형의 링 기어, 및 하우징 내에 수용되도록 선 기어와 결합되되, 선 기어의 동심 회전을 외부로 전달하는 중공형의 출력축을 포함한다. 선 기어는 원주 방향으로 등간격되게 구비된 복수의 결합용 돌출부들을 가지고, 그리고 출력축은 복수의 결합용 돌출부들에 대응하도록 원주 방향으로 등간격되게 형성된 복수의 결합용 홀들을 가져 서로 결합된다.

Description

중공형 사이클로이드 감속기{Hollow Shaft-Type Cycloidal Speed Reducer}
본 발명은 로봇의 선회 구조나 모터 출력을 감속하기 위하여 이용하는 감속기에 관한 것으로, 더 구체적으로 협동 로봇용 고비율 중공형 사이클로이드 감속기에 관한 것이다.
일반적으로 각종 기계 장치의 구성품으로 많이 사용되는 감속기는 주로 기어(gear) 배열에 의해 입력측의 회전수를 출력측에서 감속시켜 주도록 하는 기능을 하기 위한 것으로서, 그 특성에 따라 시스템(system)의 성능에 큰 영향을 미치게 된다.
특히, 산업용 로봇(robot)이나 의료용 로봇의 관절 기구 등과 같이 정밀한 구동 제어가 요구되는 고정밀 감속기는 일반적인 감속기에 비하여 높은 감속비의 구현과 반복 정밀도 및 경량화 등과 같은 특성이 요구된다.
산업용 로봇은 다수의 관절 자유도를 갖는 관절 구조에 액츄에이터 모터(actuator motor) 또는 서보 모터(servo motor) 등을 통해 관절에 움직임을 제공하고 있다. 로봇의 관절은 서보 모터 등으로부터 높은 토크(torque) 출력을 얻기 위해 서보 모터의 출력단에 감속기를 설치하는 것이 일반적이다.
현재 통용되고 있는 고정밀 감속기는 크게 하모닉(harmonic) 감속기와 사이클로이드(cycloid) 감속기 및 RV 감속기가 알려져 있다.
상기한 바와 같은 고정밀 감속기 중에서 하모닉 감속기는 동력을 받는 부분과 동력을 전달하는 부분이 같이 맞물려 감속하는 1단 감속 구조를 가지므로, 소형화 및 경량화에 유리한 반면에 부하가 많이 걸리는 부분에는 취약한 특성을 가진다.
한편, 사이클로이드 치형 기어를 사용하는 사이클로이드 감속기와 RV 감속기의 경우, 내접 유성 치차에 의해 동력을 받는 부분과 사이클로이드 치형 기어에 의해 동력을 전달하는 부분이 분리된 2단 감속 구조에 의해 동시 맞물림 수가 많기 때문에, 강성이 높고, 그리고 과부하에 강한 특성을 가지나, 복잡한 감속 구조를 가지고 있어 소형 경량화에 한계가 있다.
등록특허 제10-1424739호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 협동 로봇에 적용할 수 있는 단순한 1단 감속 구조를 가지면서 높은 감속비를 갖는 중공형 사이클로이드 감속기를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 중공형 사이클로이드 감속기를 제공한다. 이 중공형 사이클로이드 감속기는 중공형의 하우징, 하우징 내에 수용되되, 입력 토크를 받아 편심 회전력을 제공하는 중공형의 입력축, 하우징 내에 수용되도록 입력축의 외측에 구비되되, 입력축의 편심 회전력에 의해 병진 운동하는 n개(여기서 n은 100 이상의 자연수)의 외치들을 갖는 중공형의 선 기어, 하우징 내에 수용되도록 선 기어의 외측에 구비되되, 선 기어의 n개의 외치들과 맞물려 입력축의 편심 회전력을 감속시키는 동시에 선 기어를 동심 회전하게 하는 n+1개의 내치들을 갖는 중공형의 링 기어, 및 하우징 내에 수용되도록 선 기어와 결합되되, 선 기어의 동심 회전을 외부로 전달하는 중공형의 출력축을 포함할 수 있다. 선 기어는 원주 방향으로 등간격되게 구비된 복수의 결합용 돌출부들을 가지고, 그리고 출력축은 복수의 결합용 돌출부들에 대응하도록 원주 방향으로 등간격되게 형성된 복수의 결합용 홀들을 가져 서로 결합될 수 있다.
하우징은 입력축을 수용하는 입력측 하우징, 및 입력축, 선 기어, 링 기어 및 출력축을 수용하되, 입력측 하우징과 결합되는 출력측 하우징을 포함할 수 있다.
중공형 사이클로이드 감속기는 입력측 하우징과 입력축 사이에 구비되는 입력측 하우징용 베어링 및 출력측 하우징과 출력축 사이에 구비되는 출력측 하우징용 베어링을 포함할 수 있다.
중공형 사이클로이드 감속기는 입력축과 선 기어 사이에 구비되는 선 기어용 베어링 및 입력축과 출력축 사이에 구비되는 출력축용 베어링을 포함할 수 있다. 선 기어용 베어링 및 출력축용 베어링은 2단으로 구비될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 과제의 해결 수단에 따르면 중공형 사이클로이드 감속기는 하나의 선 기어와 하나의 링 기어를 포함함으로써, 1단 감속 구조를 가질 수 있다. 이에 따라, 높은 토크가 적용되는 장치에 사용될 수 있으며, 85% 이상의 높은 효율을 가지는 동시에 소형화 및 경량화가 가능한 중공형 사이클로이드 감속기가 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중공형 사이클로이드 감속기를 설명하기 위한 입체도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 중공형 사이클로이드 감속기를 설명하기 위한 입체 분해도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 중공형 사이클로이드 감속기를 설명하기 위해 도 1의 A-A' 선을 따라 절단한 입체도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 중공형 사이클로이드 감속기를 설명하기 위해 도 1의 A-A' 선을 따라 절단한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술 되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 따라서, 동일한 참조 부호 또는 유사한 참조 부호들은 해당 도면에서 언급 또는 설명되지 않았더라도, 다른 도면을 참조하여 설명될 수 있다. 또한, 참조 부호가 표시되지 않았더라도, 다른 도면들을 참조하여 설명될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 장치는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 장치의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 바람직한 실시예에 따른 것이기 때문에, 설명의 순서에 따라 제시되는 참조 부호는 그 순서에 반드시 한정되지는 않는다.
하나의 구성 요소(element)가 다른 구성 요소와 '접속된(connected to)' 또는 '결합한(coupled to)'이라고 지칭되는 것은, 다른 구성 요소와 직접적으로 연결된 또는 결합한 경우, 또는 중간에 다른 구성 요소를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소와 '직접적으로 접속된(directly connected to)' 또는 '직접적으로 결합한(directly coupled to)'으로 지칭되는 것은 중간에 다른 구성 요소를 개재하지 않은 것을 나타낸다. '및/또는'은 언급된 아이템(item)들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
공간적으로 상대적인 용어인 '아래(below)', '밑(beneath)', '하부(lower)', '위(above)', '상부(upper)' 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 장치 또는 구성 요소들과 다른 장치 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 장치의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 장치를 뒤집을 경우, 다른 장치의 '아래(below)' 또는 '밑(beneath)'으로 기술된 장치는 다른 장치의 '위(above)'에 놓일 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 '아래'는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 장치는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나(rounded) 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 장치의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중공형 사이클로이드 감속기를 설명하기 위한 입체도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 중공형 사이클로이드 감속기를 설명하기 위한 입체 분해도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 중공형 사이클로이드 감속기를 설명하기 위해 도 1의 A-A' 선을 따라 절단한 입체도이고, 그리고 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 중공형 사이클로이드 감속기를 설명하기 위해 도 1의 A-A' 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 중공형 사이클로이드 감속기(100)는 하우징(housing)(110), 입력축(120), 출력축(130), 링 기어(ring gear)(140) 및 선(sun) 기어(150)로 구성될 수 있다.
하우징(110)은 중공형일 수 있다. 하우징(110)은 중공형 사이클로이드 감속기(100)의 외장을 구성할 수 있다. 하우징(110)은 입력측 하우징(112) 및 출력측 하우징(114)으로 구성될 수 있다.
입력측 하우징(112)은 입력축(120)을 수용할 수 있다. 출력측 하우징(114)은 입력축(120), 선 기어(150), 링 기어(140) 및 출력축(130)을 수용할 수 있다. 입력측 하우징(112)과 출력측 하우징(114)은 나사 결합 방식에 의해 하나의 하우징(110)을 구성할 수 있다.
입력축(120)은 중공형일 수 있다. 입력축(120)은 구동원인 모터(motor)에 연결되어, 모터로부터 고속의 낮은 입력 토크를 받아 편심 회전력을 제공할 수 있다. 즉, 입력축(120)은 선 기어(150)로 편심 회전력을 제공하기 위한 편심부를 가질 수 있다.
선 기어(150)는 중공형일 수 있다. 선 기어(150)는 하우징(110) 내에 수용되도록 입력축(120)의 외측에 구비될 수 있다. 선 기어(150)는 입력축(120)의 편심 회전력에 의해 병진 운동할 수 있다. 선 기어(150)는 n개(여기서 n은 100 이상의 자연수)의 외치들을 가질 수 있다.
링 기어(140)는 중공형일 수 있다. 링 기어(140)는 하우징(110) 내에 수용되도록 선 기어(150)의 외측에 구비될 수 있다. 링 기어(140)는 선 기어(150)의 n개의 외치들과 맞물려 입력축(120)의 편심 회전력을 감속시키는 동시에 선 기어(150)를 동심 회전하게 하는 n+1개의 내치들을 가질 수 있다.
선 기어(150)는 100개 이상의 외치들을 가지고, 그리고 링 기어(140)는 101개 이상의 외치들을 가짐으로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 중공형 사이클로이드 감속기(100)는 1/100 이상의 감속비를 가질 수 있다.
선 기어(150)의 외치들 및 링 기어(140)의 내치들은 가공 이외에도 금형을 이용한 소결 또는 단조 공법으로 제작 가능할 수 있다. 이는 선 기어(150)의 외치들 및 링 기어(140)의 내치들에 전위를 적용하여 치형 곡선의 곡률 반경을 일반적인 치형보다 크게 하는 것에 의한 것일 수 있다. 이에 따라, 선 기어(150)의 외치들 및 링 기어(140)의 내치들의 강도가 향상될 수 있으며, 이들의 성형이 용이해질 수 있으며, 이들의 구동이 원활해질 수 있으며, 이들의 구동 과정에서 소음이 감소할 수 있으며, 그리고 중공형 사이클로이드 감속기(100)의 원가가 절감될 수 있다.
출력축(130)은 중공형일 수 있다. 출력축(130)은 하우징(110) 내에 수용되도록 선 기어(150)와 결합될 수 있다. 출력축(130)은 선 기어(150)의 동심 회전을 외부로 전달할 수 있다. 이에 따라, 출력축(130)은 저속의 높은 출력 토크를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 중공형 사이클로이드 감속기(100)에서 선 기어(150)는 원주 방향으로 등간격되게 구비된 복수의 결합용 돌출부들(152)을 가지고, 그리고 출력축(130)은 복수의 결합용 돌출부들에 대응하도록 원주 방향으로 등간격되게 형성된 복수의 결합용 홀(hole)들(132)을 가져 서로 결합될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 중공형 사이클로이드 감속기(100)는 단순한 구조의 선 기어(150) 및 링 기어(140)로 구성된 1단 구성만으로도 1/100 이상의 감속비를 구현할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 중공형 사이클로이드 감속기(100)는 입력측 하우징(112)과 입력축(120) 사이에 구비되는 입력측 하우징용 베어링(bearing)(115b) 및 출력측 하우징(114)과 출력축(130) 사이에 구비되는 출력측 하우징용 베어링(115t)을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 중공형 사이클로이드 감속기(100)는 입력축(120)과 선 기어(150) 사이에 구비되는 선 기어용 베어링(125) 및 입력축(120)과 출력축(130) 사이에 구비되는 출력축용 베어링(135)을 포함할 수 있다. 선 기어용 베어링(125) 및 출력축용 베어링(135)은 2단으로 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 중공형 사이클로이드 감속기는 하나의 선 기어와 하나의 링 기어를 포함함으로써, 1단 감속 구조를 가질 수 있다. 이에 따라, 높은 토크가 적용되는 장치에 사용될 수 있으며, 85% 이상의 높은 효율을 가지는 동시에 소형화 및 경량화가 가능한 중공형 사이클로이드 감속기가 제공될 수 있다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100 : 중공형 사이클로이드 감속기
110 : 하우징
112, 114 : 입력측, 출력측 하우징
115b, 115t : 입력측, 출력측 하우징용 베어링
120 : 입력축
125 : 선 기어용 베어링
130 : 출력축
132 : 결합용 홀
135 : 출력축용 베어링
140 : 링 기어
150 : 선 기어
152 : 결합용 돌출부

Claims (5)

  1. 중공형의 하우징;
    상기 하우징 내에 수용되되, 입력 토크를 받아 편심 회전력을 제공하는 중공형의 입력축;
    상기 하우징 내에 수용되도록 상기 입력축의 외측에 구비되되, 상기 입력축의 상기 편심 회전력에 의해 병진 운동하는 n개(여기서 n은 100 이상의 자연수)의 외치들을 갖는 중공형의 선 기어;
    상기 하우징 내에 수용되도록 상기 선 기어의 외측에 구비되되, 상기 선 기어의 상기 n개의 외치들과 맞물려 상기 입력축의 상기 편심 회전력을 감속시키는 동시에 상기 선 기어를 동심 회전하게 하는 n+1개의 내치들을 갖는 중공형의 링 기어; 및
    상기 하우징 내에 수용되도록 상기 선 기어와 결합되되, 상기 선 기어의 상기 동심 회전을 외부로 전달하는 중공형의 출력축을 포함하되,
    상기 선 기어는 원주 방향으로 등간격되게 구비된 복수의 결합용 돌출부들을 가지고, 그리고 상기 출력축은 상기 복수의 결합용 돌출부들에 대응하도록 원주 방향으로 등간격되게 형성된 복수의 결합용 홀들을 가져 서로 결합되는 중공형 사이클로이드 감속기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 하우징은:
    상기 입력축을 수용하는 제 1 하우징; 및
    상기 입력축, 상기 선 기어, 상기 링 기어 및 상기 출력축을 수용하되, 상기 제 1 하우징과 결합되는 제 2 하우징을 포함하는 중공형 사이클로이드 감속기.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 하우징과 상기 입력축 사이에 구비되는 제 1 하우징용 베어링; 및
    상기 제 2 하우징과 상기 출력축 사이에 구비되는 제 2 하우징용 베어링을 포함하는 중공형 사이클로이드 감속기.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 입력축과 상기 선 기어 사이에 구비되는 선 기어용 베어링; 및
    상기 입력축과 상기 출력축 사이에 구비되는 출력축용 베어링을 포함하는 중공형 사이클로이드 감속기.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 선 기어용 베어링 및 상기 출력축용 베어링은 2단으로 구비되는 중공형 사이클로이드 감속기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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