WO2016186435A1 - 병렬 구조의 중공형 액츄에이터 - Google Patents

병렬 구조의 중공형 액츄에이터 Download PDF

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WO2016186435A1
WO2016186435A1 PCT/KR2016/005229 KR2016005229W WO2016186435A1 WO 2016186435 A1 WO2016186435 A1 WO 2016186435A1 KR 2016005229 W KR2016005229 W KR 2016005229W WO 2016186435 A1 WO2016186435 A1 WO 2016186435A1
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hollow
driven gear
housing
disposed
ring
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PCT/KR2016/005229
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Inventor
강형석
Original Assignee
강형석
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/12—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements electric
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J17/00—Joints

Definitions

  • the present invention relates to actuators, in particular hollow actuators.
  • a manipulator is a type of robot for exerting physical forces in three-dimensional space by consisting of joints and links.
  • the joints of the manipulator usually have a heavy weight body such as a power generating motor, a reduction gear for deceleration, and a bearing to support the load. Therefore, it is necessary to secure a wiring space for the electrical connection of the various components together with the gravity load. .
  • Republic of Korea Patent Publication No. 10-2013-0081188 relates to a multi-joint manipulator using a hollow motor, it is designed to provide a hollow shaft to secure the above-described wiring space.
  • the prior art consists of a structure for arranging a hollow motor to help the rotation of the hollow shaft in the housing.
  • the articulated manipulator must increase the power of the motor in proportion to the load applied to the joint using one motor to drive one joint as in the prior art. In order to achieve this, high performance motors will have to be employed.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide an actuator that distributes and arranges a plurality of motors in parallel to an output shaft, thereby facilitating adjustment of torque as well as securing wiring space.
  • the hollow actuator according to an aspect of the present invention
  • a hollow shaft portion forming a hollow portion and having a cylindrical inner ring rotatably disposed
  • a housing part having a plurality of motors and having a central internal space defined by the plurality of motors;
  • the hollow shaft portion has a small inner diameter portion and a large inner diameter portion and a stepped portion disposed between the small inner diameter portion and the large diameter portion, and a hollow cylindrical outer ring; A closing member disposed on a lower surface of the outer ring and formed in a ring shape; And an inner ring rotatably disposed between the inner diameter portion of the outer ring and the finishing member.
  • the inner ring is a disk-shaped seating portion; A cylindrical portion protruding upward from the upper surface of the seating portion and disposed inside the small inner diameter portion of the outer ring; And a tubular portion protruding downward along the edge of the inner circumferential surface of the seating portion and fixing the first driven gear.
  • the present invention includes one or more spline key grooves on the outer circumferential surface of the tubular portion, and one or more key grooves on the inner circumferential surface of the first driven gear to correspond to the one or more spline key grooves, for coupling the tubular portion and the first driven gear.
  • a spline key is inserted between the opposing spline keyways and the keyways.
  • the present invention may include a first bushing covering the small inner diameter portion and the step portion of the outer ring, which is a portion in contact with the outer ring, to further support the rotation of the inner ring, and further include a second bushing in the portion in contact with the finishing member.
  • the first and second bushings may be made of a material having a low coefficient of friction, such as Teflon.
  • the present invention can be distributedly disposed in a plurality of motor radially inside the housing portion for connecting the motor in parallel to the power transmission portion. That is, the plurality of motors may be spaced at equal intervals along the inner circumference of the housing portion, while ensuring an internal space limited to the plurality of motors.
  • the motor may be provided in the same number as the drive gear.
  • the housing part encloses the upper end with a cover, and the cover forms a plurality of shaft insertion holes in an inner region between the through hole and the edge of the cover and the through hole in the center thereof.
  • the through hole is open to communicate with the hollow portion of the hollow shaft portion and the inner space of the housing portion, the shaft insertion hole helps the shaft of the motor mounted inside the housing portion to be coupled with the drive gear of the power transmission portion.
  • the cover may have an arm that extends to the center of the through hole.
  • the arm further comprises an encoder, which is disposed in the center of the upper end of the housing portion.
  • the present invention provides an actuator capable of generating a high torque by connecting a plurality of motors individually to each drive gear in parallel.
  • the present invention is designed to generate high torque even by using a low-cost motor, which not only lowers the manufacturing cost but also provides continuous output through the operation of the remaining motor even when a part of the motor is broken. can do.
  • the present invention can improve the durability by arranging the first and second driven gear and the drive gear coupled to each motor at the same level (same height) to provide structural simplification.
  • the present invention can form a hollow portion in the longitudinal direction of the actuator, it is possible to arrange the wiring through the hollow portion, to minimize the exposure of the wiring, such as cables to the outside and to realize the weight reduction of the actuator. And the wiring will not affect the working radius of the actuator and its operation.
  • the present invention is applicable to various fields such as a manipulator, an automobile, etc. requiring rotational driving.
  • FIG. 1 is a perspective view of a hollow actuator according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a partial cutaway view schematically showing the actuator shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the hollow shaft of the actuator illustrated in FIG. 1.
  • FIG. 4 is a bottom view of the hollow shaft illustrated in FIG. 1.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of the power transmission unit disposed inside the hollow shaft portion.
  • the hollow actuator 1 is disposed inside the hollow shaft part 100, the housing part 200 which helps the rotation of the hollow shaft part 100, and the hollow shaft part 100. Consists of a power transmission unit 300 for transmitting the torque generated in the unit 200 to the hollow shaft portion 100, the housing portion 200 is arranged to distribute the plurality of motors (M) radially therein is the output shaft The rotational force may be provided to the hollow shaft part 100.
  • the present invention by connecting a plurality of motor (M) for transmitting the torque to the hollow shaft portion 100 in parallel to ensure a stable and reliable drive of the actuator (1) while the size of the torque as well as the hollow shaft portion (100) It is possible to enable precise control of the rotational speed, etc.).
  • the hollow portion H1 of the hollow shaft portion 100 and the central inner space H2 of the housing portion 200 are disposed on the concentric shaft line so as to be in communication with each other so that the wiring space can be secured inside the actuator. Freedom can be improved by ease of management and reduced external wiring.
  • the central internal space H2 of the housing part 200 means an internal area defined by a plurality of motors M disposed along the inner wall circumference of the housing part 200.
  • the housing part 200 distributes the plurality of motors M radially along the inner circumference of the housing part 200.
  • the plurality of motors (M) are spaced apart at equal intervals along the inner circumference of the housing portion 200.
  • the rotation shaft S of the motor M protrudes from the upper end of the housing 200 and is coupled to the power transmission unit 300, in particular the drive gear 330 of the hollow shaft 100.
  • the housing 200 seals the upper end of the housing 200 through the cover 210 to prevent the plurality of motors M from being exposed to the outside.
  • the cover 210 is formed in a donut shape, and a plurality of shafts are inserted into an inner region between the through hole 211 at the center and the edge of the outer peripheral surface of the through hole 211 and the cover 210.
  • the number of the shaft insertion holes 212 is the same as the number of the motor (M), the shaft insertion hole (212) is a size that allows the penetration of the rotating shaft (S) of the motor (M) and does not affect the rotation of the rotating shaft and Have a shape.
  • the through hole 211 is disposed on the concentric shaft line with the hollow portion H1 of the hollow shaft portion 100 so as to communicate the hollow portion H1 and the internal space H2 of the housing portion 100 in a straight line.
  • the housing 200 may include an encoder E, an controller, a reducer 220, and the like therein.
  • Encoder (E) is disposed on the central axis line of the housing portion 200 and disposed above the reducer 220 so that the encoder (E) can be disposed close to the rotational portion of the hollow shaft portion 100 to enable the servo control to reduce the servo ( 220 is not affected by the backlash.
  • the encoder E is disposed on the arm 213 extending into the through hole 211 of the cover 210.
  • the arm 213 extends to the center of the through hole 211 as shown so that the encoder E can be disposed at the center of the housing part 200.
  • the encoder (E) employs a non-contact magnetic encoder, but is not limited thereto, and may be replaced with various types of encoders.
  • the encoder E can also be applied to an absolute encoder such as an optical encoder, potentiometer.
  • the controller may be disposed on the bottom surface of the housing part 200.
  • the controller may control the plurality of motors M, detect a position of the hollow shaft part 100 from the encoder E, and control the same according to a worker's request.
  • the actuator 1 according to the invention may be equipped and / or unmounted with the reducer 220 depending on the operator and the application.
  • the hollow shaft part 100 is a hollow output shaft that rotates through the motor M of the housing part 200, and has a structure capable of supporting a load applied to the hollow shaft part by means of a bushing.
  • the hollow shaft part 100 includes an outer ring 110, a first bushing 120, an inner ring 130, a second bushing 140, and a closing member 150.
  • Outer ring 110 has a cylindrical shape that forms a stepped portion therein. That is, the outer ring 110 has a small inner diameter portion 111 on the upper side and a large inner diameter portion 112 on the lower side to form a stepped portion 113 at the boundary between the small inner diameter portion 111 and the large inner diameter portion 112. .
  • the small inner diameter 111 has a shape and size that can accommodate the upper side of the first bushing 120 and the inner ring 130, while the large inner diameter portion 112 is the lower side and the second bushing 140 of the inner ring 130. And it has a shape and size that can accommodate the finishing member 150.
  • the outer ring 110 forms one or more guide holes 114 on the lower surface of the large diameter portion 112.
  • the first bushing 120 is formed in a ring shape and extends in a radial direction toward the outside perpendicular to the longitudinal direction of the trunk portion 121 and the trunk portion 121 of the hollow tube shape and the trunk portion 121. ).
  • the body portion 121 of the first bushing 120 is disposed on the inner circumferential surface of the small inner diameter portion 111 of the outer ring 110, and the extension portion 122 of the first bushing 120 may have a stepped portion ( 113).
  • the first bushing 120 is not separated into the hollow portion of the outer ring 110 by contacting the extension part 122 on the stepped portion 113 of the outer ring 110.
  • the inner ring 130 is a component member that rotates through the torque generated by the housing part 100, and arranges the power transmission unit 300 under the inner ring 130.
  • the inner ring 130 that is rotated by the driving of the motor M has a first bushing 120 on the upper side of the inner ring 130 so as to smoothly rotate between the outer ring 110 and the finishing member 150.
  • the second bushing 140 By arranging the second bushing 140 in the lower side of the to reduce the friction force.
  • the first bushing 120 and the second bushing 140 may be made of a material having a low coefficient of friction, such as Teflonol.
  • the inner ring 130 is composed of a cylindrical portion 131, the seating portion 132 and the tubular portion 133.
  • the cylindrical portion 131 provides a length portion that can protrude outwards across the small inner diameter portion 111 of the outer ring 110.
  • the seating portion 132 has a disk shape and is disposed below the cylindrical portion 131.
  • the outer circumferential surface of the seating portion 132 is formed larger than the outer circumferential surface of the cylindrical portion 131, and
  • the inner circumferential surface is formed smaller than the inner circumferential surface of the cylindrical portion 131. That is, the cylindrical portion 131 is located on the flat surface of the seating portion 132.
  • the seating portion 132 has a tubular portion 133 extending vertically downward around the edge of the inner circumferential surface of the seating portion 132.
  • the tubular portion 133 forms at least one spline keyway 133a along its circumferential direction on its outer circumferential surface, and at least one spline keyway 133a is disposed at equal intervals along the circumferential direction.
  • at least one spline keyway 133a and at least one keyway 314 are formed in the same number and arranged to face each other.
  • the second bushing 140 is formed in a ring shape and extends in a radial direction toward the outside perpendicular to the longitudinal direction of the trunk portion 141 of the hollow tube-shaped trunk portion 141 and the trunk portion 141. ).
  • the body 141 of the second bushing 140 is disposed between the power transmission unit 300 disposed in the inner ring 130 and the finishing member 150, and the extension 142 of the second bushing 140. Is disposed below the seating portion 132 of the inner ring 130.
  • the closing member 150 is formed in a ring shape, and forms one or more guide holes 154 on the upper surface.
  • the closing member 150 is disposed on the lower surface of the outer ring 110, the positioning pin 160 interposed between the guide hole 154 of the closing member 150 and the guide hole 114 of the outer ring 110 It is possible to ensure accurate assembly through the media. Without being limited to this, the closing member 150 may be fixed to the outer ring 110 and the screwing method by means of a fastening bolt.
  • the present invention includes a power transmission unit 300 to transmit the rotational force of the housing 200 to the hollow shaft portion 100, the power transmission portion 300 is disposed inside the hollow shaft portion (100).
  • the power transmission unit 300 is the outer ring 110 so as to be arranged concentrically with the first driven gear 310 and the first driven gear 310 fixed to the outer peripheral surface of the tubular portion 133 of the inner ring 130.
  • a plurality of drives disposed between the second driven gear 320 of the ring gear type disposed on the inner circumferential surface of the inner diameter portion 112 of the large inner diameter portion 112, and the first driven gear 310 and the second driven gear 320 arranged in a concentric manner.
  • Gear 330 is provided.
  • the drive gear 330 is engaged with the tooth protrusion formed on the outer circumferential surface of the first driven gear 310 and the tooth protrusion formed on the inner circumferential surface of the second driven gear 320, and preferably the first and second driven gears 310 and 320. And the drive gear 330 is disposed on the same plane can improve the driving force of the actuator and lower the installation height.
  • the drive gear 330 may be a pinion gear as shown.
  • the drive gear 330 is coupled to the shaft S of the motor M provided in the housing 200 to rotate in dependence on the driving of the motor M. As the drive gear 330 rotates with the rotational torque of the motor M, the first gear 310 and the second driven gear 320 engaged with the drive gear 330 are forcibly rotated. As described above, as the first driven gear 310 rotates, the inner ring 130 may be rotated to supply rotational force to the outside.
  • the first driven gear 310 forms one or more key grooves 314 on the inner circumferential surface, and the spline key 315 is mounted on the key grooves 314 and the spline key grooves 133a so that the first driven gear 310 and the inner ring 130 are rotated. ) Can be combined. That is, the first driven gear 310 transmits the power supplied from the housing 200 to the inner ring 130.
  • the second driven gear 320 helps to fix the position of the drive gear 330 so that the drive gear 330 and the first driven gear 310 are firmly engaged to transmit the torque of the motor to the inner ring.
  • the second driven gear 320 may reduce its friction by contacting its outer circumferential surface with the extension part 142 of the second bushing 140.
  • the second driven gear 320 is rotated in the inner space of the inner ring 130 by the power of the drive gear 330 is rotated in the reverse direction with respect to the rotation direction of the first driven gear (310).
  • the reverse rotation of the second driven gear 320 may cancel the radial load applied to the shaft of the drive gear 330, thereby achieving stable rotational driving of the inner ring 130.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

본 발명은 길이방향을 따라 중공부를 형성하고 복수의 모터를 병렬 연결하여 구동하는 중공형 액츄에이터(1)에 관한 것으로, 중공축부(100)와, 이 중공축부(100)의 회전을 돕는 하우징부(200), 및 중공축부(100)의 하측에 배치되어 하우징부(200)에서 발생된 토크를 중공축부(100)에 전달하는 동력전달부(300)로 구성되되, 하우징부(200)는 그 내부에 복수의 모터(M)를 방사상으로 분산배치시켜 출력축인 중공축부(100)의 회전력을 제공하는 것을 특징으로 한다.

Description

병렬 구조의 중공형 액츄에이터
본 발명은 액츄에이터, 특히 중공형 액츄에이터에 관한 것이다.
일반적으로, 매니퓰레이터(manipulator)는 관절과 링크로 이루어져 3차원 공간에서 물리적 힘을 발휘하기 위한 로봇의 일종이다. 매니퓰레이터의 관절은 통상 동력을 발생하는 모터와, 감속을 위한 감속기, 하중 지지를 돕는 베어링 등의 무거운 중량체를 구비하고 있어 중력 부하와 함께 여러 구성부재들의 전기적 연결을 돕는 배선 공간을 확보해야 할 것이다.
대한민국 공개특허 제10-2013-0081188호은 중공 모터를 이용한 다관절 매니퓰레이터에 관한 것으로, 중공축을 제공하여 전술된 배선 공간을 확보할 수 있도록 설계되어 있다. 하지만, 위 선행기술은 중공축의 회전을 돕는 하나의 중공모터를 하우징에 배치하는 구조로 이루어져 있다.
다관절 매니퓰레이터는 위 선행기술과 같이 1개의 관절을 구동하기 위해 1개의 모터를 사용하여 해당 관절에 가해지는 부하에 비례하여 모터의 파워를 높여야 하는데, 이를 위해서는 한정된 하우징 내부 공간에 높은 토크를 발생하기 위해서는 고성능 모터를 채용해야할 것이다.
본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위한 것으로, 복수의 모터를 출력축에 병렬로 연결토록 분산배치시켜 배선 공간의 확보 뿐만 아니라 토크의 크기 조절을 용이하게 하는 액츄에이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 양상에 따른 중공형 액츄에이터는,
중공부를 형성하고 회전가능하게 배치된 원통형상의 내륜을 갖춘 중공축부와;
복수의 모터를 구비하고, 복수의 모터로 한정된 중심 내부공간을 갖춘 하우징부; 및
하우징부 내에 배치된 모터의 토크를 내륜에 전달하도록, 내륜에 위치고정된 제1피동기어와, 이 제1피동기어와 동심원 구조로 배치된 제2피동기어, 및 제1피동기어와 제2피동기어 사이에 치합가능하게 배치되고 모터의 샤프트에 결합된 구동기어를 갖춘 동력전달부;로 이루어지고, 중공축부의 중공부와 하우징부의 내부 공간을 동심축 선상에 배치할 뿐만 아니라 복수의 모터를 병렬로 연결하여 동력전달부에 토크를 전달하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에서, 중공축부는 소내경부와 대내경부 및 소내경부와 대내경부 사이에 배치된 단차부를 갖추고, 속이 비어 있는 원통형상의 외륜과; 외륜의 하부면에 배치되고, 링형상으로 형성된 마감부재; 및 외륜의 대내경부와 마감부재 사이에서 회전가능하게 배치된 내륜;으로 이루어진다.
여기서, 내륜은 디스크 형상의 안착부와; 이 안착부의 상부면에서 상방으로 돌출되어 외륜의 소내경부 내부에 배치되는 원통형상부; 및 안착부의 내주면 가장장리 둘레를 따라 하방으로 돌출되고, 제1피동기어를 위치고정하는 관형상부;를 구비한다.
본 발명은 관형상부의 외주면 상에 하나 이상의 스플라인 키홈을 구비하고, 하나 이상의 스플라인 키홈과 대응되게 제1피동기어의 내주면에 하나 이상의 키홈을 구비하는바, 관형상부와 제1피동기어의 결합을 위해 대향되게 배치된 스플라인 키홈과 키홈 사이에는 스플라인 키를 삽입한다.
본 발명은 내륜의 회전을 돕기 위해서 외륜과 접촉되는 부분인 외륜의 소내경부와 단차부를 덮어씌우는 제1부싱을 구비하고, 마감부재와 접촉되는 부분에 제2부싱을 추가로 구비할 수 있다. 선택가능하기로, 제1 및 제2부싱은 마찰계수가 낮은 재질, 예컨대 테프론으로 제작될 수 있다.
본 발명은 모터를 동력전달부에 병렬로 연결하기 위해 하우징부의 내부에 복수의 모터 방사상으로 분산배치할 수 있다. 즉, 복수의 모터는 하우징부의 내측면 둘레를 따라 등간격으로 이격배치되는 한편 복수의 모터로 한정된 내부 공간을 확보할 수 있다.
바람직하기로, 모터는 구동기어의 개수와 동일하게 구비될 수 있다.
하우징부는 커버로 상단부를 밀폐하고, 커버는 이의 중심에 관통공과, 관통공과 커버의 가장자리 사이의 내부영역에 복수의 축 삽입공를 형성한다. 관통공은 중공축부의 중공부와 하우징부의 내부 공간을 상호 연통가능하게 개방되어 있으며, 축 삽입공은 하우징부 내부에 장착된 모터의 샤프트가 동력전달부의 구동기어와 결합될 수 있게 돕는다.
선택가능하기로, 커버는 관통공의 중심까지 길이연장된 아암을 구비할 수 있다. 아암은 엔코더를 추가로 구비하고, 엔코더는 하우징부의 상단부 중앙에 배치한다.
발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
이상 본 발명의 설명에 의하면, 본 발명은 복수의 모터를 각각의 구동기어에 개별적으로 병렬로 연결시켜 높은 토크를 발생시킬 수 있는 액츄에이터를 제공한다.
전술된 바와 같이, 본 발명은 저가형 모터를 이용하여도 높은 토크를 발생할 수 있도록 설계되어 있어 제조단가를 현저하게 낮출 수 있을 뿐만 아니라 모터 일부가 고장난 상황하에서도 나머지 모터의 구동을 통해 지속적인 출력을 제공할 수 있다.
본 발명은 제1 및 제2피동기어와 각 모터에 결합된 구동기어를 동일 수준(동일 높이)에 배치하여 구조적 단순화를 제공하여 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 액츄에이터의 길이방향을 따라 중공부를 형성할 수 있으므로, 중공부를 통한 배선 배치가 가능하고 외부로 케이블 등의 배선 노출을 최소화하며 액츄에이터의 경량화를 구현시킬 수 있다. 그리고 배선이 액츄에이터의 작업 반경과 작동에 영향을 미치지 않게 된다.
본 발명은 회전 구동을 요구하는 매니퓰레이터, 자동차 등의 다양한 분야에 적용가능하다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중공형 액츄에이터의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 액츄에이터를 개략적으로 도시한 부분 절개도이다.
도 3은 도 1에 도시된 액츄에이터의 중공축부의 분해 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 중공축부의 저면도이다.
도 5는 중공축부 내부에 배치된 동력전달부의 분해 사시도이다.
이제, 본 발명에 따른 중공형 액츄에이터는 첨부 도면을 참조로 하여 상세히 설명될 것이다.
본 발명의 장점, 특징, 그리고 이들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되는 실시예들을 통해 명확해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일하거나 유사한 구성요소를 지칭한다. 또한, 본 명세서에서 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불명료하게 할 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중공형 액츄에이터(1)는 중공축부(100)와, 이 중공축부(100)의 회전을 돕는 하우징부(200), 및 중공축부(100)의 내부에 배치되어 하우징부(200)에서 발생된 토크를 중공축부(100)에 전달하는 동력전달부(300)로 구성되되, 하우징부(200)는 그 내부에 복수의 모터(M)를 방사상으로 분산배치시켜 출력축인 중공축부(100)에 회전력을 제공할 수 있다.
특히, 본 발명은 중공축부(100)에 토크를 전달하는 복수의 모터(M)를 병렬로 연결하여 액츄에이터(1)의 안정적이면서 신뢰할 수 있는 구동을 보장하는 한편 토크의 크기 뿐만 아니라 중공축부(100)의 회전속도 등의 정밀한 제어를 가능하게 할 수 있다. 또한, 본 발명은 중공축부(100)의 중공부(H1)와 하우징부(200)의 중심 내부공간(H2)을 연통가능하게 동심축 선상에 배치시켜 배선 공간을 액츄에이터 내부에서 확보할 수 있어 배선관리에 편이성과 외부배선을 줄여 자유도를 향상시킬 수 있다. 여기서, 하우징부(200)의 중심 내부공간(H2)은 하우징부(200)의 내측벽 둘레를 따라 배치된 복수의 모터(M)로 한정된 내부영역을 의미한다. 본 발명은 각 구성부재들을 연결하는 전기 배선에 대해서 당해 분야의 숙련자들에게 이미 널리 알려져 있고 본 발명의 명료한 이해를 돕기 위해서 배제하도록 한다.
본 발명에서, 하우징부(200)는 전술된 바와 같이 하우징부(200)의 내측면 둘레를 따라 방사상으로 복수의 모터(M)를 분산배치하고 있다. 바람직하기로, 복수의 모터(M)는 하우징부(200)의 내측면 둘레를 따라 등간격으로 이격배치되도록 한다. 모터(M)의 회전축(S)은 하우징부(200)의 상단부에서 돌출되어 중공축부(100)의 동력전달부(300), 특히 구동기어(330)와 결합된다.
하우징부(200)는 커버(210)를 통해 하우징부(200)의 상단부를 밀폐하여 복수의 모터(M)를 외부에 노출되지 않도록 한다. 도시된 바와 같이, 커버(210)는 도넛형상으로 형성되어 있는데, 그 중심에 관통공(211)과, 이 관통공(211)과 커버(210)의 외주면 가장자리 사이의 내부영역에 복수의 축 삽입공(212)을 구비한다. 축 삽입공(212)의 개수는 모터(M)의 개수와 동일하며, 축 삽입공(212)은 모터(M)의 회전축(S)의 관통을 허용하고 회전축의 회전에 영향을 미치지 않는 크기와 형상을 갖도록 한다.
관통공(211)은 중공축부(100)의 중공부(H1)와 동심축 선상에 배치되어 중공부(H1)와 하우징부(100)의 내부 공간(H2)을 일직선으로 연통되도록 한다.
하우징부(200)는 그 내부에 엔코더(E;encoder), 제어기(미도시), 감속기(220) 등을 구비할 수 있다. 엔코더(E)는 중공축부(100)의 회전 부위에 근접하게 배치될 수 있도록 하우징부(200)의 중심축 선상에 배치되고 감속기(220)보다 상측에 배치되어 있어 서보 제어를 가능하게 하여 감속기(220)의 백래시(backlash)에 영향을 받지 않는다. 엔코더(E)는 커버(210)의 관통공(211) 내부로 신장된 아암(213) 상에 배치된다. 아암(213)은 도시된 바와 같이 관통공(211)의 중심까지 신장되도록 하여 엔코더(E)를 하우징부(200)의 중심에 배치될 수 있도록 한다. 엔코더(E)는 비접촉식 자기식 엔코더를 채용하고 있는데, 이에 국한되지 않고 다양한 유형의 엔코더로 대체가능하다. 선택가능하기로, 엔코더(E)는 광학식 엔코더, 포텐쇼미터와 같은 절대 엔코더도 적용될 수 있다. 제어기는 하우징부(200)의 바닥면에 배치될 수 있는데, 복수의 모터(M)를 제어하고 엔코더(E)로부터 중공축부(100)의 위치를 감지하고 작업자의 요구에 따라 제어할 수 있다. 본 발명에 따른 액츄에이터(1)는 작업자와 적용 분야에 종속되어 감속기(220)를 장착 및/또는 비장착할 수 있다.
중공축부(100)는 하우징부(200)의 모터(M)를 통해 회전하는 중공(中空)형상의 출력축으로서, 부싱(bushing)을 수단으로 하여 중공축부에 가해지는 하중을 지지할 수 있는 구조를 갖는다.
구체적으로, 중공축부(100)는 외륜(110)과, 제1부싱(120), 내륜(130), 제2부싱(140), 및 마감부재(150)로 이루어진다.
외륜(110)은 그 내부에 단차부를 형성하고 있는 원통형상으로 이루어져 있다. 즉, 외륜(110)은 상측에 소내경부(111)를 배치하고 하측에 대내경부(112)를 배치하여 소내경부(111)와 대내경부(112)의 경계에 단차부(113)를 형성하게 된다. 소내경부(111)는 제1부싱(120)과 내륜(130)의 상측을 수용할 수 있는 형상과 크기를 갖는 반면에, 대내경부(112)는 내륜(130)의 하측과 제2부싱(140) 및 마감부재(150)를 수용할 수 있는 형상과 크기를 갖는다.
외륜(110)은 대내경부(112)의 하부면에 하나 이상의 가이드 홀(114)을 형성한다.
제1부싱(120)은 링형상으로 이루어져 있고, 중공관 형상의 몸통부(121)와 이 몸통부(121)의 가장자리에서 몸통부의 길이방향과 직교되게 외부를 향해 방사상방향으로 뻗은 연장부(122)를 구비한다. 제1부싱(120)의 몸통부(121)는 외륜(110)의 소내경부(111) 내주면 상에 배치되고, 제1부싱(120)의 연장부(122)는 외륜(110)의 단차부(113) 상에 안착된다. 제1부싱(120)은 외륜(110)의 단차부(113) 상에 연장부(122)를 접촉시켜 외륜(110)의 중공부로 분리되지 않는다.
내륜(130)은 하우징부(100)에서 발생된 토크를 통해 회전하는 구성부재로서, 내륜(130)의 하측에 동력전달부(300)를 배치하게 된다. 모터(M)의 구동으로 회전하는 내륜(130)은 외륜(110)과 마감부재(150) 사이에서 원활하게 회전할 수 있도록 내륜(130)의 상측에 제1부싱(120)을 내륜(130)의 하측에 제2부싱(140)을 배치하여 마찰력을 저감시킬 수 있도록 한다. 이를 위해서, 제1부싱(120)과 제2부싱(140)은 마찰계수가 낮은 재질, 예컨대 테프론올 제작될 수 있다.
구체적으로, 내륜(130)은 원통형상부(131)와 안착부(132) 및 관형상부(133)로 이루어진다. 원통형상부(131)는 외륜(110)의 소내경부(111)를 가로질러 외부로 돌출될 수 있는 길이부를 제공한다. 안착부(132)는 디스크(disk)형상으로 이루어져 원통형상부(131)의 하측에 배치되는데, 안착부(132)의 외주면은 원통형상부(131)의 외주면보다 크게 형성되어 있고 안착부(132)의 내주면은 원통형상부(131)의 내주면보다 작게 형성되어 있다. 즉, 원통형상부(131)는 안착부(132)의 편평면 상에 위치된다. 안착부(132)은 안착부(132)의 내주면 가장자리 둘레에서 수직하방으로 뻗은 관형상부(133)를 구비한다. 관형상부(133)는 이의 외주면에 원주방향을 따라 하나 이상의 스플라인 키홈(133a)을 형성하고, 하나 이상의 스플라인 키홈(133a)은 원주방향을 따라 등간격으로 배치된다. 바람직하기로, 하나 이상의 스플라인 키홈(133a)과 하나 이상의 키홈(314)는 동일 개수를 형성되고 상호 대향되게 배치되도록 한다.
제2부싱(140)은 링형상으로 이루어져 있고, 중공관 형상의 몸통부(141)와 이 몸통부(141)의 가장자리에서 몸통부의 길이방향과 직교되게 외부를 향해 방사상방향으로 뻗은 연장부(142)를 구비한다. 제2부싱(140)의 몸통부(141)는 내륜(130) 내부에 배치된 동력전달부(300)와 마감부재(150) 사이에 배치되고, 제2부싱(140)의 연장부(142)는 내륜(130)의 안착부(132) 아래에 배치된다.
마감부재(150)는 링형상으로 이루어져 있고, 상부면에 하나 이상의 가이드 홀(154)을 형성한다. 마감부재(150)는 외륜(110)의 하부면에 배치되되, 마감부재(150)의 가이드 홀(154)과 외륜(110)의 가이드 홀(114) 사이에 개재되는 위치결정핀(160)을 매개로 하여 정확한 조립을 보장할 수 있다. 이에 국한되지 안고, 마감부재(150)는 체결볼트를 수단으로 하여 외륜(110)과 나사체결방식으로 고정될 수도 있다.
본 발명은 중공축부(100)에 하우징부(200)의 회전력을 전달할 수 있도록 동력전달부(300)를 구비하는데, 동력전달부(300)는 중공축부(100)의 내부에 배치된다.
동력전달부(300)는 내륜(130)의 관형상부(133) 외주면에 위치고정된 제1피동기어(310)와, 제1피동기어(310)와 동심원 구조로 배치될 수 있게 외륜(110)의 대내경부(112) 내주면에 배치된 링기어 타입의 제2피동기어(320), 및 동심원 구조로 배열된 제1피동기어(310)와 제2피동기어(320) 사이에 배치된 복수의 구동기어(330)를 구비한다. 구동기어(330)는 제1피동기어(310)의 외주면에 형성된 치상돌기와 제2피동기어(320)의 내주면에 형성된 치상돌기와 치합되도록 맞물려져 있으며, 바람직하기로는 제1 및 제2피동기어(310,320) 그리고 구동기어(330)는 동일 평면상에 배치하여 액츄에이터의 구동력 향상과 설치 높이를 낮출 수 있다. 구동기어(330)는 도시된 바와 같이 피니언 기어일 수 있다.
구동기어(330)는 하우징부(200)에 구비된 모터(M)의 샤프트(S)에 결합되어 모터(M)의 구동에 종속되어 회전하게 된다. 구동기어(330)가 모터(M)의 회전 토크로 회전하면서 구동기어(330)와 맞물려 있는 제1피동기어(310)와 제2피동기어(320)을 강제로 회전하게 한다. 전술된 바와 같이, 제1피동기어(310)가 회전함에 따라 내륜(130)을 회전시켜 외부로 회전력을 공급할 수 있다.
제1피동기어(310)는 내주면에 하나 이상의 키홈(314)을 형성하고, 스플라인 키(315)를 키홈(314)와 스플라인 키홈(133a)에 장착하여 제1피동기어(310)와 내륜(130)을 결합시킬 수 있다. 즉, 제1피동기어(310)는 하우징부(200)에서 공급된 동력을 내륜(130)으로 전달하게 된다.
제2피동기어(320)는 구동기어(330)의 위치고정을 도와 구동기어(330)와 제1피동기어(310)를 확실하게 맞물려져 모터의 토크를 내륜으로 전달할 수 있도록 한다. 제2피동기어(320)는 이의 외주면을 제2부싱(140)의 연장부(142)와 접촉되어 마찰력을 저감시킬 수 있다. 제2피동기어(320)는 구동기어(330)의 동력을 통해 내륜(130)의 내부공간에서 회전하게 되는데 제1피동기어(310)의 회전방향에 대해 역방향으로 회전하게 된다. 제2피동기어(320)의 역방향 회전은 구동기어(330)의 축에 가해지는 래디얼 방향 하중을 상쇄시킬 수 있게 되어 내륜(130)의 안정적인 회전 구동을 달성할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 중공형 액츄에이터는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

Claims (11)

  1. 중공부(H1)를 형성하고 회전가능하게 배치된 원통형상의 내륜(130)을 갖춘 중공축부(100)와;
    복수의 모터(M)를 구비하고, 상기 복수의 모터(M)로 한정된 중심 내부공간(H)을 갖춘 하우징부(200); 및
    상기 하우징부(200)의 모터(M)의 토크를 상기 내륜(130)에 전달하도록, 상기 내륜(130)에 위치고정된 제1피동기어(310)와, 상기 제1피동기어(310)와 동심원 구조로 배치된 제2피동기어(320), 및 상기 제1피동기어(310)와 상기 제2피동기어(320) 사이에 치합가능하게 배치되고 상기 모터(M)의 샤프트(S)에 결합된 구동기어(330)를 갖춘 동력전달부(300);로 이루어지고,
    상기 중공축부(100)의 중공부(H1)와 상기 하우징부(200)의 내부 공간(H2)을 동심축 선상에 배치한 것을 특징으로 하는 중공형 액츄에이터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 중공축부(100)는,
    소내경부(111)와 대내경부(112) 및 상기 소내경부(111)와 대내경부(112) 사이에 배치된 단차부(113)를 갖추고, 속이 비어 있는 원통형상의 외륜(110)과;
    상기 외륜(110)의 하부면에 배치되고, 링형상으로 형성된 마감부재(150); 및
    상기 외륜(110)의 의 대내경부(112)와 상기 마감부재(150) 사이에서 회전가능하게 배치된 상기 내륜(130);으로 이루어진 중공형 액추에이터.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 내륜(130)은,
    디스크 형상의 안착부(132)와;
    상기 안착부(132)의 상부면에서 상방으로 돌출되어 상기 외륜(110)의 소내경부(111) 내부에 배치되는 원통형상부(131); 및
    상기 안착부(132)의 내주면 가장장리 둘레를 따라 하방으로 돌출되고, 상기 제1피동기어(310)를 위치고정하는 관형상부(133);를 구비한 중공형 액추에이터.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 관형상부(133)는 상기 관형상부(133)의 외주면 상에 하나 이상의 스플라인 키홈(133a)을 구비하고,
    상기 제1피동기어(310)는 상기 하나 이상의 스플라인 키홈(133a)과 대응되게 상기 제1피동기어(310)의 내주면에 하나 이상의 키홈(314)을 구비하며,
    스플라인 키(315)가 대향되게 배치된 상기 스플라인 키홈(133a)과 상기 키홈(314) 사이에는 장착되는 중공형 액츄에이터.
  5. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 외륜(110)의 소내경부(111)와 단차부(112) 그리고 상기 내륜(130)의 원통형상부(131)과 안착부(132) 사이에 개재되는 제1부싱(120)와,
    상기 내륜(130)의 안착부(132) 하부면과 상기 마감부재(150) 사이에 개재되는 제2부싱(140)을 추가로 구비하는 중공형 액츄에이터.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 하우징부(200)는 상기 하우징부(200)의 내부에 상기 복수의 모터(M)를 방사상으로 분산배치하는 중공형 액츄에이터.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 복수의 모터(M)는 상기 하우징부(200)의 내측면 둘레를 따라 등간격으로 이격배치되는 중공형 액츄에이터.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 모터(M)는 상기 구동기어(330)의 개수와 동일하게 구비되는 중공형 액츄에이터.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 하우징부(200)는 커버(210)로 상단부를 밀폐하고,
    상기 커버(210)는 상기 커버(210)의 중심에 관통공(211)과, 상기 관통공(211)과 커버(210)의 가장자리 사이의 내부영역에 복수의 축 삽입공(212)을 구비하는 중공형 액츄에이터.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 커버(210)는 관통공(211)의 중심까지 길이연장된 아암(213)을 구비하는 중공형 액츄에이터.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 아암(213)은 엔코더(E)를 추가로 구비하고,
    상기 엔코더(E)는 상기 하우징부(200)의 상단부 중앙에 배치되는 중공형 액츄에이터.
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