KR20230022301A - 로봇용 하모닉 드라이브 및 하모닉 드라이브를 구비한 로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로봇(12)용 하모닉 드라이브(1)에 관한 것으로서, 상기 하모닉 드라이브는 파동 발생기(2)에 의해 외주를 따라 반경 방향으로 변형될 수 있는, 외부 치형부(3a)를 갖는 가요성 링 요소(3) 및 내부 치형부(4a)를 갖는 강성 링 요소(4)를 포함하며, 상기 가요성 링 요소(3)의 외부 치형부(3a)는 하나 이상의 치형 맞물림 영역(5a 5b)에서 토크 전달을 위해 상기 강성 링 요소(4)의 내부 치형부(4a)와 맞물리고, 상기 파동 발생기(2)는, 롤링 요소(7)들, 이러한 롤링 요소(7)들을 위한 제1 레이스웨이(8a)를 갖는 내륜(8) 및 상기 롤링 요소(7)들을 위한 제2 레이스웨이(9a)를 갖는 외륜(9) 포함하는 비원형으로 형성된 베어링 요소(6)를 구비하며, 상기 베어링 요소(6)는 적어도 부분적으로 상기 가요성 링 요소(3) 내로 축 방향으로 돌출하고, 상기 내륜(8)은 샤프트(16)와 회전 고정 방식으로 연결되어 있으며, 상기 베어링 요소(6)가 단열 원통형 롤러 베어링으로서 형성되어 있고, 그리고 상기 롤링 요소(7)들을 위한 제2 레이스웨이(9a)가 상기 외륜(9)의 내주면에서 상기 롤링 요소(7)들 방향으로 반경 방향으로 적어도 부분적으로 볼록하게 만곡되어 있다. 본 발명은 또한, 상기와 같은 하모닉 드라이브(1)를 포함하는 로봇(12)과도 관련이 있다.

Description

로봇용 하모닉 드라이브 및 하모닉 드라이브를 구비한 로봇

본 발명은 파동 발생기(wave generator)에 의해 외주를 따라 반경 방향으로 변형될 수 있는, 외부 치형부를 갖는 가요성 링 요소(flexible ring element)와 내부 치형부를 갖는 강성 링 요소(rigid ring element)를 포함하는 로봇용 하모닉 드라이브(harmonic drive)에 관한 것이다. 상기 가요성 링 요소는 토크 전달을 위해 상기 강성 링 요소와 맞물린다. 또한, 본 발명은 하모닉 드라이브를 구비한 로봇과도 관련이 있다.

DE 10 2018 123 915 A1호에는, 파동 발생기에 의해 외주를 따라 국부적으로 반경 방향으로 변형될 수 있는, 외부 치형부를 갖는 가요성 링 요소와 내부 치형부를 갖는 강성 링 요소를 포함하는 하모닉 드라이브가 개시된다. 상기 가요성 링 요소의 외부 치형부는 하나 이상의 치형 맞물림 영역에서 토크 전달을 위해 상기 강성 링 요소의 내부 치형부와 맞물린다. 상기 파동 발생기는 내륜, 외륜 및 반경 방향으로 그 사이에 배치된 롤링 요소(rolling element)들로 구성된 비원형 베어링 요소를 포함한다. 상기 베어링 요소는 자동 정렬 롤러 베어링(self-aligning roller bearing)으로서 형성되어 있고, 상기 내륜은 샤프트와 회전 고정 방식으로 연결되어 있다. 외륜과 가요성 링 요소는 회전 고정 방식으로 서로 연결된 2개의 개별 부품이다.

본 발명의 과제는 특히, 로봇용 대체 하모닉 드라이브를 고안하는 것이다. 또한, 상기 하모닉 드라이브는 사용 수명이 길어야 한다. 상기 과제는 청구항 1의 대상에 의해서 해결된다. 바람직한 실시 형태들은 종속항들, 설명 및 도면들에서 추론할 수 있다.

본 발명에 따른 로봇용 하모닉 드라이브는 파동 발생기에 의해 외주를 따라 반경 방향으로 변형될 수 있는, 외부 치형부를 갖는 가요성 링 요소 및 내부 치형부를 갖는 강성 링 요소를 포함하며, 상기 가요성 링 요소의 외부 치형부는 하나 이상의 치형 맞물림 영역에서 토크 전달을 위해 상기 강성 링 요소의 내부 치형부와 맞물리고, 상기 파동 발생기는, 롤링 요소들, 이러한 롤링 요소들을 위한 제1 레이스웨이를 갖는 내륜 및 상기 롤링 요소들을 위한 제2 레이스웨이를 갖는 외륜을 포함하는 비원형으로 형성된 베어링 요소를 구비하며, 상기 베어링 요소는 적어도 부분적으로 상기 가요성 링 요소 내로 축 방향으로 돌출하고, 그리고 상기 내륜은 샤프트와 회전 고정 방식으로 연결되어 있으며, 상기 베어링 요소는 단열 원통형 롤러 베어링(single-row cylindrical roller bearing)으로서 형성되어 있고, 상기 롤링 요소들을 위한 제2 레이스웨이는 상기 외륜의 내주면에서 상기 롤링 요소들 방향으로 반경 방향으로 적어도 부분적으로 볼록하게 만곡되어 있다.

웨이브 제너레이터로도 언급되는 파동 발생기는 샤프트와 기능적으로 연결되며, 이 경우 상기 샤프트는 바람직하게는 상기 파동 발생기를 회전 운동으로 세팅하기 위해 전기 기계에 의해 구동된다. 예를 들어, 파동 발생기, 특히 베어링 요소의 내륜은 타원형 또는 난형 단면 형상을 갖는다. 내륜과 샤프트는 바람직하게는 2개의 개별 부품이며, 이 경우 상기 내륜은 예를 들어, 샤프트 상에서 회전 고정 방식 연결을 구현하기 위해 가압되어 있다. 대안적으로 내륜과 샤프트를 일체로 형성하는 것도 생각할 수 있다. 파동 발생기는 하모닉 드라이브의 구동 유닛이고, 샤프트와 내륜을 두 부분으로 설계한 경우, 바람직하게는 베어링 요소와 함께 연성 또는 탄성 변형 가능한 링 요소 내로 압입된다. 예를 들어, 샤프트는 중공 샤프트(hollow shaft)로서 형성되어 있다. 대안적으로 샤프트는 솔리드 샤프트(solid shaft)로도 형성될 수 있다.

가요성 링 요소는 플렉스프라인(flexspline)으로도 언급되며 고강도 비틀림 방지 슬리브 요소이다. 상기 가요성 링 요소는, 베어링 요소를 갖는 파동 발생기를 적어도 부분적으로 축 방향으로 수용할 수 있고, 이와 동시에 상기 파동 발생기의 외형에 따라 국부적으로 변형될 수 있도록 가요성으로 형성되어 있다. 특히, 상기 파동 발생기의 외형은 외륜에 의해 형성된다. 베어링 요소의 롤링 요소들은 내륜의 외주면에 접하며, 이 경우 롤링 요소들을 위한 제1 레이스웨이는 내륜의 외주면에 형성되어 있다. 또한, 베어링 요소의 롤링 요소들은 외륜의 내주면에 접하며, 이 경우 롤링 요소들을 위한 제2 레이스웨이는 외륜의 내주면에 형성되어 있다. 가요성 링 요소는 베어링 요소를 갖는 파동 발생기를 수용하기 위해 하나 이상의 개방된 축 방향 측면을 가지며, 이 경우 상기 가요성 링 요소의 내주면은 파동 발생기의 작동 중에 베어링 요소의 외륜의 외주면을 회전 고정 방식으로 수용하도록 설계되어 있다.

외륜은 가요성 링 요소와 회전 고정 방식으로뿐만 아니라 초기 회전 가능하게 연결될 수 있으며, 이 경우 "초기 회전 가능하게"라는 개념은 상기 외륜이 베어링 요소를 가요성 링 요소 내로 조립하는 동안 상기 가요성 링 요소에 대해 직접적인 회전 방지 장치를 갖지 않음을 의미한다. 그러나 가요성 링 요소가 타원형 또는 난형으로 탄성 변형된 후에는 외륜이 더 이상 비틀려질 수 없으므로 가요성 링 요소와 관련하여 회전되지 않는다.

작동 동안 파동 발생기가 회전되고, 그 결과 베어링 요소의 내륜이 가요성 링 요소와 그 내부에 회전 고정 방식으로 수용된 베어링 요소의 외륜에 대해 상대적으로 비틀려진다. 이와 동시에 가요성 링 요소는 파동 발생기의 회전 방향 및 회전 속도와 유사하게 탄성 변형된다. 즉, 하모닉 드라이브 작동 동안 파동 발생기가 회전 운동으로 세팅되며, 이러한 회전 운동은 가요성 링 요소가 주변을 둘러싸는 방식으로 변형되도록 한다.

바람직하게 가요성 링 요소의 외부 치형부는 파동 발생기의 회전축과 관련하여, 대칭적으로 마주보는 2개의 치형 맞물림 영역에서 토크 전달을 위해 적어도 부분적으로 강성 링 요소의 내부 치형부와 맞물린다. 그 결과 균일한 힘 적용 또는 힘 전달이 구현될 수 있으며, 하모닉 드라이브가 공간 절약 방식으로 형성될 수 있다.

원형 스플라인(circular spline)으로도 언급되는 강성 링 요소는 비틀림 방지 강성 링이며, 상기 강성 링의 내부 치형부는 가요성 링 요소의 외부 치형부보다 더 많은 톱니를 갖는다. 특히, 강성 링 요소는 링 기어(ring gear)로서 형성되어 있다. 파동 발생기의 회전은 가요성 링 요소와 강성 링 요소가 외주를 따라 영구적으로 변형되게 한다. 즉, 파동 발생기의 회전 동안 마주보는 치형 맞물림 영역들은 파동 발생기의 회전축을 중심으로 또는 원주 방향으로 연속적으로 이동한다. 가요성 링 요소는 강성 링 요소보다 톱니 수가 적기 때문에 파동 발생기의 회전은 강성 링 요소에 대한 가요성 링 요소의 상대 운동을 야기한다. 이 경우 단열 원통형 롤러 베어링의 롤링 요소들은 내륜과 외륜 사이에서 언롤링된다.

원통형 롤러로서 형성된 롤링 요소들은 외륜에서 적어도 부분적으로 볼록하게 만곡된 제2 레이스웨이와 함께 특히 바람직하게는 베어링 요소 및 따라서 파동 발생기에서도 틸팅 동작(tilting movement)을 보상할 수 있다. 외륜에서 적어도 부분적으로 볼록하게 만곡된 제2 레이스웨이는 롤링 요소들을 위한 외부 레이스웨이로서 제공된 외륜의 내주면이 롤링 요소들을 향하는 반경 방향 내측으로 볼록한 만곡부를 갖는다는 것을 의미한다. 특히, 상기 볼록한 만곡부는 롤링 요소들을 위한 제2 레이스웨이를 따라서 부분적으로 뿐만 아니라 전면적으로 연장된다. 헤르츠 응력(Hertzian stress)은 외륜에서 볼록하게 형성된 제2 레이스웨이의 만곡부의 정도 또는 반경을 통해 조절, 특히 감소될 수 있으며, 그 결과 하모닉 드라이브의 사용 수명이 연장된다. 또한, 특히 원통형 롤러의 개수를 늘리고 원통형 롤러의 직경을 줄일 경우 볼 베어링을 갖는 파동 발생기에 비해 파동 발생기의 조립도 간소화된다.

본 발명의 바람직한 일 실시 형태에 따르면, 베어링 요소의 내륜은 제1 림을 갖고, 이 경우 샤프트는 제2 림을 갖는다. 제1 또는 제2 림은 롤링 요소들을 축 방향으로, 즉 단부면 측에 접하게 하여 상기 롤링 요소들의 축 방향 위치를 제한하도록 설계된 내륜 또는 샤프트 상에 실제로 반경 방향 외측으로 형성된 형상부를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.

베어링 요소의 외륜은 바람직하게는 제3 림 및 제4 림을 갖는다. 제3 또는 제4 림은 롤링 요소들을 축 방향으로, 즉 단부면 측에 접하게 하여 상기 롤링 요소들의 축 방향 위치를 제한하도록 설계된 외륜 상에 실제로 반경 방향 내측으로 형성된 형상부를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 바람직한 추가 실시예에 따르면, 가요성 링 요소와 베어링 요소의 외륜은 일체로 형성되어 있다. 즉, 가요성 링 요소와 외륜은 모놀리식(monolithic)이며, 이 경우 외부 치형부와 롤링 요소들을 위한 제2 레이스웨이는 하나의 부품, 즉 가요성 링 요소 상에 일체로 형성되어 있다. 따라서 외륜은 가요성 링 요소에 통합되어 있고, 가요성 링 요소의 외주면에서 강성 링 요소의 치형부 기능을 가요성 링 요소의 내주면에서 롤링 요소들의 레이스웨이 기능과 결합한다. 별도의 외륜이 존재하지 않기 때문에 외륜과 가요성 링 요소 간에 헐거운 끼워 맞춤(clearance fit)이 없어 하모닉 드라이브의 강성이 일정하게 유지되며, 그 결과 상기 하모닉 드라이브의 정밀도와 효율이 향상된다.

베어링 요소의 내륜은 바람직하게는 제1 림 및 제2 림을 갖는다. 제1 또는 제2 림은 롤링 요소들을 축 방향으로, 즉 단부면 측에 접하게 하여 상기 롤링 요소들의 축 방향 위치를 제한하도록 설계된 내륜 상에 실제로 반경 방향 외측으로 형성된 형상부를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 바람직한 일 실시 형태에 따르면, 롤링 요소는 케이지 내에서 안내된다. 바람직하게 상기 케이지는 폴리머 재료로 형성되어 있다. 그 결과 특히, 롤링 요소들의 마모가 줄어든다.

롤링 요소들을 위한 제2 레이스웨이는 바람직하게는, 가요성 링 요소 상에서 외부 치형부에 대해 반경 방향으로 반대편에 그리고 기본적으로 중심에 배치된 외륜 영역에 형성되어 있다. 즉, 롤링 요소들은 가요성 링 요소의 외부 치형부에 대해 축 방향으로 중심에서 롤링된다. 그 결과 특히 더 정확하고 효율적인 맞물림이 구현된다.

본 발명은 또한, 본 발명에 따른 하모닉 드라이브를 포함하는 로봇과도 관련이 있다. 특히, 본 발명에 따른 하모닉 드라이브는 로봇 암용 조인트에 배치되어 있고 2개의 로봇 암 세그먼트 사이에서 적어도 간접적으로 작용한다.

본 발명을 개선하는 추가 조치들은 도면을 참조하여 본 발명의 2개의 바람직한 실시예의 설명과 함께 아래에서 보다 상세히 제시된다. 도면부에서:
도 1a는 제1 실시예에 따라 절반으로 도시된, 본 발명에 따른 하모닉 드라이브의 간략화된 개략 단면도를 도시하며,
도 1b는 도 1a에 따른 하모닉 드라이브의 간략화된 개략적인 부분 종단면도를 도시하고,
도 2a는 제2 실시예에 따라 절반으로 도시된, 본 발명에 따른 하모닉 드라이브의 간략화된 개략 단면도를 도시하며,
도 2b는 도 2a에 따른 하모닉 드라이브의 간략화된 개략적인 부분 종단면도를 도시하고, 그리고
도 3은 부분적으로만 도시된, 본 발명에 따른 하모닉 드라이브를 갖는 로봇의 간략화된 개략도를 도시한다.

도 1a 및 1b는 본 발명의 제1 실시예를 도시한다. 도 1a 및 도 1b에 따르면, 본 발명에 따른 하모닉 드라이브(1)(본원에서는 절반만 도시됨)는 단열 원통형 롤러 베어링으로서 형성된 베어링 요소(6)를 갖는 파동 발생기(2)를 포함한다. 상기 베어링 요소(6)는 내륜(8), 외륜(9) 및 공간적으로 이들 사이에 배치되어 서로 이격되어 안내되는 다수의 롤링 요소(7)를 갖는다. 상기 내륜(8)의 벽두께는 과장되게 도시되었다. 상기 롤링 요소(7)들은 케이지(10) 내에서 서로 이격되어 안내되어 있으며, 이 경우 상기 케이지(10)는 폴리머 재료로 형성되어 있다. 내륜(8)은 외주면에 롤링 요소(7)들을 위한 제1 레이스웨이(8a)를 갖는다. 상기 외륜(9)은 내주면에 롤링 요소(7)들을 위한 제2 레이스웨이(9a)를 가지며, 이 경우 상기 제2 레이스웨이(9a)는 롤링 요소(7)들 방향으로 반경 방향으로 볼록하게 만곡되어 있으며, 결과적으로 이러한 만곡부로 인해 상기 외륜(9)의 최대 벽두께는 실제로 상기 롤링 요소(7)들에 대해 축 방향으로 중심에 있다. 베어링 요소(6)의 내륜(8)은 제1 림(8b)을 갖고, 이 경우 샤프트(16)는 제2 림(16a)을 갖는다. 상기 제1 림(8b)은 롤링 요소(7)들을 위한 축 방향 스러스트 면(thrust surface)으로서 사용되며, 이 경우 제2 림(16a)은 한편으로는 롤링 요소(7)들을 위한 축 방향 스러스트 면으로서 사용되고, 다른 한편으로는 내륜(8)을 위한 축 방향 정지부로서 사용된다. 베어링 요소(6)의 외륜(9)은 제3 림(9b) 및 제4 림(9c)을 가지며, 이들은 각각 롤링 요소(7)들을 위한 축 방향 스러스트 면으로서 제공되었다. 파동 발생기(2)는 샤프트(16)를 더 포함하고, 내륜(8)은 회전 고정 방식으로 연결을 형성하기 위해 상기 샤프트 쪽으로 수축되며, 이 경우 상기 파동 발생기(2)는 전기 모터(본원에는 도시되지 않음)에 의해 상기 샤프트(16)를 통해 회전 이동으로 세팅될 수 있다. 본원에서 샤프트(16)는 중공 샤프트로서 형성되어 있다.

베어링 요소(6)의 외륜(9)과 내륜(8)은 본원에서 타원형 외부 기하학 구조를 가지며, 상기 외륜(9)의 외주면은 가요성 링 요소(3)의 내주면에 회전 고정 방식으로 접한다. 베어링 요소(6)가 조립되기 전에, 외륜(9)은 실제로 원형의 외부 기하학 구조를 갖지만, 상기 외부 기하학 구조는 조립 중에 내륜(8)의 외부 기하학 구조에 따라 타원형 외부 기하학 구조로 탄성 변형된다. 파동 발생기(2) 또는 베어링 요소(6)는 상기 가요성 링 요소(3) 내로 압입되며, 그 결과 상기 베어링 요소(6)를 갖는 파동 발생기(2)가 가요성 링 요소(3) 내로 돌출한다. 이와 동시에 가요성 링 요소(3)는 파동 발생기(2)의 타원형 형상을 수용한다. 하모닉 드라이브(1)의 작동 동안, 파동 발생기(2)는 회전 운동으로 세팅되며, 이 경우 외륜(9)과 가요성 링 요소(3)는 국부적으로 반경 방향으로 변형된다. 즉, 회전축(11)을 중심으로 한 파동 발생기(2)의 회전은 가요성 링 요소(3)와 외륜(9)이 외주를 따라 변형되게 한다.

도 1a에는 또한, 가요성 링 요소(3)가 외부 치형부(3a)를 갖는 것을 도시되어 있으며, 이때 상기 외부 치형부는 토크 전달을 위해 하모닉 드라이브(1)의 강성 링 요소(4)의 내부 치형부(4a)와 맞물린다. 가요성 링 요소(3)가 파동 발생기(1)의 타원형 형상에 적합하게 형성되기 때문에, 외부 치형부(3a)를 갖는 가요성 링 요소(3)는 대칭적으로 마주보는 2개의 치형 맞물림 영역(5a, 5b)에서 강성 링 요소(4)의 내부 치형부(4a)와 맞물린다.

도 1b에 따르면, 베어링 요소(6)는 가요성 링 요소(3) 내로 완전히 축 방향으로 돌출한다. 또한, 롤링 요소(7)들을 위한 제2 레이스웨이(9a)는 가요성 링 요소(3) 상에서 외부 치형부(3a)에 대해 반경 방향으로 반대편에 그리고 축 방향으로는 중심에 배치된 외륜(9) 영역에 형성되어 있다. 도 1b에는 간략화를 위해 강성 링 요소(4)가 도시되지 않았다. 또한, 가요성 링 요소(3)의 벽두께는 과장되게 도시되었다.

도 2a 및 2b는 본 발명의 제2 실시예를 도시한다. 도 2a 및 2b에 따르면, 본 발명에 따른 하모닉 드라이브(1)는 내륜(8)과 다수의 롤링 요소(7)를 갖는 베어링 요소(6)를 구비하는 파동 발생기(2)를 포함한다. 상기 내륜(8)의 벽두께는 과장되게 도시되었다. 상기 롤링 요소(7)들은 케이지(10) 내에서 서로 이격되어 안내되어 있으며, 이 경우 상기 케이지(10)는 폴리머 재료로 형성되어 있다. 베어링 요소(6)는 단열 원통형 롤러 베어링으로서 형성되어 있으며, 그 결과 롤링 요소(7)들은 원통형 롤러로서 형성되어 있다. 내륜(8)은 롤링 요소(7)들을 위한 제1 레이스웨이(8a)를 갖는다. 상기 제1 레이스웨이(8a)는 외주를 따라 내륜(8)의 외주면에 형성되어 있다. 따라서 롤링 요소(7)들은 내륜(8)의 외주면에서 롤 오프(roll off)된다. 또한, 베어링 요소(6)의 내륜(8)은 제1 림(8b) 및 제2 림(8c)을 갖는다. 상기 두 림(8b, 8c)은 롤링 요소(7)들을 위한 축 방향 스러스트 면으로서 사용된다. 파동 발생기(2)는 샤프트(16)를 추가로 포함하고, 내륜(8)은 회전 고정 방식으로 연결을 형성하기 위해 상기 샤프트 쪽으로 수축되어 있으며, 이 경우 상기 파동 발생기(2)는 전기 모터(본원에는 도시되지 않음)에 의해 상기 샤프트(16)를 통해 회전 이동으로 세팅될 수 있다. 본원에서 샤프트(16)는 중공 샤프트로서 형성되어 있다. 또한, 하모닉 드라이브(1)는 파동 발생기(2)에 의해 외주를 따라 반경 방향으로 변형될 수 있는, 외부 치형부(3a)를 갖는 가요성 링 요소(3)와 내부 치형부(4a)를 갖는 강성 링 요소(4)를 구비한다. 가요성 링 요소(3)의 외부 치형부(3a)는 파동 발생기(2)의 회전축(11)과 관련하여, 대칭적으로 마주보는 2개의 치형 맞물림 영역(5a, 5b)에서 토크를 전달하기 위해 강성 링 요소(4)의 내부 치형부(4a)와 맞물린다. 강성 링 요소(4)는 링 기어로서 형성되어 있다.

본 발명의 제2 실시예에 따르면, 가요성 링 요소(3)와 베어링 요소(6)의 외륜(9)은 일체로 형성되어 있다. 본원에서 외륜(9)은 가요성 링 요소(3)에 통합되어 더 이상 별도의 부품으로 존재하지 않는다. 가요성 링 요소(3)는, 가요성 링 요소(3)의 외주면에서 강성 링 요소(4)를 위한 맞물림 기능을 가요성 링 요소(3)의 내주면에서 롤링 요소(7)들을 위한 레이스웨이 기능과 결합한다. 롤링 요소(7)들을 위한 제2 레이스웨이(3b)는 가요성 링 요소(3) 상에 형성되어 있다. 가요성 링 요소(3) 상에서 외륜(9)의 통합에 의해 형성되는 상기 제2 레이스웨이(9b)는 롤링 요소(7)들 방향으로 반경 방향으로 볼록하게 만곡되어 있으며, 결과적으로 이러한 만곡부로 인해 가요성 링 요소(3)의 최대 벽두께는 실제로 롤링 요소(7)들에 대해 축 방향으로 중심에 있다.

가요성 링 요소(3)는 외부 치형부(3a) 및 제2 레이스웨이(3b)와 일체로 형성되어 있다. 따라서 롤링 요소(7)들은 바로 가요성 링 요소(3)의 내주면에서 롤 오프된다. 롤링 요소(7)들은 제1 레이스웨이(3a)의 편심 형상을 따르며, 그 결과 외부 치형부(3a)를 갖는 가요성 링 요소(3)를 변형시킨다. 가요성 링 요소(3a)의 외부 치형부(3a)와 강성 링 요소(4)의 내부 치형부(4a) 사이의 톱니 개수가 약간 다르기 때문에 샤프트(16)와 상기 강성 링 요소(4) 사이의 변속비가 높다.

도 2b에 따르면, 베어링 요소(6)는 가요성 링 요소(3) 내로 완전히 축 방향으로 돌출한다. 또한, 롤링 요소(7)들을 위한 제2 레이스웨이(3b)는, 외부 치형부(3a)에 대해 반경 방향으로 반대편에 그리고 축 방향으로는 중심에 배치된 가요성 링 요소(3)의 영역에 형성되어 있다. 도 2b에는 간략화를 위해 강성 링 요소(4)가 도시되지 않았다. 또한, 가요성 링 요소(3)의 벽두께는 과장되게 도시되었다.

도 3은 로봇(12)의 컷아웃을 도시한다. 조인트(13)는 제1 로봇 암 세그먼트(12a)와 제2 로봇 암 세그먼트(12b) 사이에 배치되어 있으며, 상기 조인트는 상기 두 로봇 암 세그먼트(12a, 12b)를 힌지 방식으로 서로 연결한다. 상기 두 로봇 암 세그먼트(12a, 12b) 상호 간의 위치 변경을 위해, 로봇(12)은 전기 모터(15) 및 본 발명에 따른 하모닉 드라이브(1)를 포함하는 구동 유닛(14)을 갖는다.

1: 하모닉 드라이브
2: 파동 발생기
3: 가요성 링 요소
3a: 가요성 링 요소의 외부 치형부
3b: 가요성 링 요소의 제2 레이스웨이
4: 강성 링 요소
4a: 강성 링 요소의 내부 치형부
5a, 5b: 치형 맞물림 영역
6: 베어링 요소
7: 롤링 요소
8: 내륜
8a: 내륜의 제1 레이스웨이
8b: 내륜의 제1 림
8c: 내륜의 제2 림
9: 외륜
9a: 외륜의 제2 레이스웨이
9b: 외륜의 제3 림
9c: 외륜의 제4 림
10: 케이지
11: 회전축
12: 로봇
12a: 제1 로봇 암 세그먼트
12b: 제2 로봇 암 세그먼트
13: 조인트
14: 구동 유닛
15: 전기 모터
16: 샤프트
16a: 샤프트의 제2 림

Claims (10)

1. 로봇(12)용 하모닉 드라이브(1)로서, 파동 발생기(2)에 의해 외주를 따라 반경 방향으로 변형될 수 있는, 외부 치형부(3a)를 갖는 가요성 링 요소(3) 및 내부 치형부(4a)를 갖는 강성 링 요소(4)를 포함하며, 상기 가요성 링 요소(3)의 외부 치형부(3a)는 하나 이상의 치형 맞물림 영역(5a, 5b)에서 토크 전달을 위해 상기 강성 링 요소(4)의 내부 치형부(4a)와 맞물리고, 상기 파동 발생기(2)는, 롤링 요소(7)들, 이러한 롤링 요소(7)들을 위한 제1 레이스웨이(8a)를 갖는 내륜(8) 및 상기 롤링 요소(7)들을 위한 제2 레이스웨이(9a)를 갖는 외륜(9) 포함하는 비원형으로 형성된 베어링 요소(6)를 구비하며, 상기 베어링 요소(6)는 적어도 부분적으로 상기 가요성 링 요소(3) 내로 축 방향으로 돌출하고, 그리고 상기 내륜(8)은 샤프트(16)와 회전 고정 방식으로 연결되어 있으며,
   상기 베어링 요소(6)가 단열 원통형 롤러 베어링으로서 형성되어 있고, 상기 롤링 요소(7)들을 위한 제2 레이스웨이(9a)가 상기 외륜(9)의 내주면에서 상기 롤링 요소(7)들 방향으로 반경 방향으로 적어도 부분적으로 볼록하게 만곡된 것을 특징으로 하는, 하모닉 드라이브(1).
2. 제1항에 있어서,
   상기 베어링 요소(6)의 내륜(8)이 제1 림(8b)을 갖고, 상기 샤프트(16)는 제2 림(16a)을 갖는 것을 특징으로 하는, 하모닉 드라이브(1).
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 베어링 요소(6)의 외륜(9)이 제3 림(9b)과 제4 림(9c)을 갖는 것을 특징으로 하는, 하모닉 드라이브(1).
4. 제1항에 있어서,
   상기 가요성 링 요소(3)와 상기 베어링 요소(6)의 외륜(9)이 일체로 형성된 것을 특징으로 하는, 하모닉 드라이브(1).
5. 제4항에 있어서,
   상기 베어링 요소(6)의 내륜(8)이 제1 림(8b) 및 제2 림(8c)을 갖는 것을 특징으로 하는, 하모닉 드라이브(1).
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 베어링 요소(6)의 롤링 요소(7)들이 케이지(10) 내에서 안내되는 것을 특징으로 하는, 하모닉 드라이브(1).
7. 제6항에 있어서,
   상기 베어링 요소(6)의 케이지(10)가 폴리머 재료로 형성된 것을 특징으로 하는, 하모닉 드라이브(1).
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 롤링 요소(7)들을 위한 제2 레이스웨이(9a)가, 상기 가요성 링 요소(3) 상에서 외부 치형부(3a)에 대해 반경 방향으로 반대편에 그리고 기본적으로는 중심에 배치된 상기 외륜(9) 영역에 형성된 것을 특징으로 하는, 하모닉 드라이브(1).
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 가요성 링 요소(3)의 외부 치형부(3a)가 상기 파동 발생기(2)의 회전축(11)과 관련하여, 대칭적으로 마주보는 2개의 치형 맞물림 영역(5a, 5b)에서 토크 전달을 위해 적어도 부분적으로 상기 강성 링 요소(4)의 내부 치형부(4a)와 맞물리는 것을 특징으로 하는, 하모닉 드라이브(1).
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 하모닉 드라이브(1)를 포함하는, 로봇(12).

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