WO2018207955A1 - 위치 피드백 장치가 내장된 감속기 - Google Patents

위치 피드백 장치가 내장된 감속기 Download PDF

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WO2018207955A1
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encoder
reducer
module
position feedback
feedback device
Prior art date
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PCT/KR2017/004804
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김병수
하인용
남형철
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(주)로보티즈
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    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/102—Gears specially adapted therefor, e.g. reduction gears
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
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    • F16H1/00—Toothed gearings for conveying rotary motion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H57/00—General details of gearing
    • F16H57/02—Gearboxes; Mounting gearing therein
    • F16H2057/02039—Gearboxes for particular applications
    • F16H2057/02069—Gearboxes for particular applications for industrial applications
    • F16H2057/02073—Reduction gearboxes for industry

Definitions

  • the present invention relates to a speed reducer incorporating a position feedback device, and more particularly, to a speed reducer having an output position feedback device having a linear power transmission structure while having a position feedback device mounted on an output portion.
  • the actuator mounted for the flexibility of the robot joint in relation to the robot technology is one of the core parts of the robot, and the reducer is used as the main component of the actuator. There is this.
  • the actuator is controlled only by the position feedback device of the input part corresponding to the motor, but in this case, when the reducer is mounted to obtain a high torque, it is difficult to precisely control the response due to the reduction ratio and increase the error.
  • the position feedback device is attached to the output unit as well as the input unit of the actuator, so that precise control is easy.
  • the absolute position encoder implements the actuator so that the position of the output unit can be immediately known after applying power without a homing.
  • the output position feedback device is characterized by the fact that it must be directly connected to the rotating output.
  • the gear train in the form of multi-axis / stage gear can be directly connected to the output but the planetary gear such as a cycloid reducer
  • the internal internal gear train is a single-axis / coaxial gear train, so when the position feedback device is directly connected to the output, a hollow mechanism part (gear part) and an “S” or “zigzag” type input part (additional gear train) are required. It has a structure inevitably.
  • a rod equipped with a magnet is mounted on an output side 200 located inside the speed reducer X.
  • FIG. It is confirmed that the magnetic potentiometer (POT) sensor 300 (magnetic force change measurement) for measuring the rotation (same rotation as the output shaft 200) of the rod is mounted.
  • POT magnetic potentiometer
  • Type or “zigzag” type power transmission structure 400 was used. However, such “S” type or “zigzag” type power transmission structure requires a large increase in the volume of the gear train and durability of the additional gear train in the case of the high torque reduction unit, which may cause a reduction in the durability of the entire reduction unit.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and the technical problem to be achieved by the present invention is to provide a speed reducer with a position feedback device having a linear power transmission structure while mounting a position feedback device at the output.
  • the reducer case of the form surrounding the reducer outer circumference, the hollow straight power transmission path and the bearing integrated end support It includes an insert gear module having an output shaft of the structure to receive the power input and decelerate and then output the encoder, and an encoder mounted to the insert gear module, the encoder is provided on one side of the lower end of the output shaft of the bearing integrated end support structure,
  • the present invention provides a reducer with a built-in position feedback device, characterized in that provided in the built-in groove provided in the reducer case.
  • the reducer case includes a housing surrounding the reducer, a coupling gear integrally formed on the inner circumferential surface of the reducer and coupled to the insert gear module, and a built-in groove in which the encoder is built.
  • the reducer case may be replaced so that the insert gear module may be customized.
  • the insert gear module has a hollow linear power transmission path, but is located in the center of the insert gear module and receives an input unit for receiving power, and receives the power to reduce and output the bearing integral type. It may include an output having an output shaft of both ends of the support structure.
  • the output shaft of the bearing integrated end support structure is in the form of a cross roller bearing, and includes an upper bearing module and a lower bearing module, wherein the upper bearing module and the lower bearing module have the same shape, respectively. It is provided with a coupling groove, it can be coupled to each other through a coupling member capable of coupling with the coupling groove.
  • the encoder is mounted to the insert gear module, and provided with a magnet and a PCB to analyze and obtain the position information of the output unit by a magnetic flux detection method, and perform position feedback based on the position information.
  • a magnet and a PCB to analyze and obtain the position information of the output unit by a magnetic flux detection method, and perform position feedback based on the position information.
  • Is an eccentric absolute encoder it can be mounted on one side of the lower bearing module.
  • the encoder can be coupled to the gear drive or belt drive type when mounted on the lower side of the lower bearing module.
  • the encoder is coupled to the gear drive type or belt drive type when mounted on one side of the lower bearing module, it may further include a pollution prevention cover provided on the outer peripheral surface of the encoder.
  • an eccentric absolute encoder may be mounted on the lower end of the output shaft of both ends of the support structure to mount an output side position feedback device inside the reducer, and a power reducer having a linear power transmission structure may be built in the output side position feedback device. Can be implemented.
  • FIG. 1 and 2 are a side view and a partially exploded perspective view schematically showing the internal configuration of a speed reducer incorporating a conventional position feedback device.
  • FIG 3 is a side view schematically showing an internal configuration of a speed reducer having a position feedback device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a partially exploded perspective view illustrating a detailed configuration of a speed reducer having a position feedback device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a schematic configuration of an insert gear module including a speed reducer having a position feedback device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a detailed configuration of an output shaft which is one of sub-components of an insert gear module including a speed reducer having a position feedback device according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a detailed configuration of an encoder including a speed reducer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an external shape of a gear driven encoder according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an appearance of a belt driven encoder according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a belt driving encoder according to another embodiment of the present invention and a pollution preventing cover formed on an outer circumferential surface thereof.
  • FIG. 3 is a side view schematically showing an internal configuration of a reducer 1 having a position feedback device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a partially exploded perspective view showing a detailed configuration of the reducer 1.
  • the speed reducer 1 will be described with reference to this.
  • the speed reducer 1 includes a speed reducer case 1000, an insert gear module 2000, and an encoder 3000.
  • the reducer case 1000 is implemented in the form of surrounding the outer circumferential surface of the reducer 1 to protect the inside of the reducer 1 from the outside and block the inside and outside of the reducer 1.
  • the reducer case 1000 may include a housing 1100, a coupling gear 1200, and a built-in groove 1300.
  • the housing 1100 directly surrounds the speed reducer 1 and includes an insert gear module 2000 (hereinafter, “insert gear” is corrected to be “insert gear module”), an encoder 3000, and the like. to be. 3 and 4 has a cylindrical shape, but is not necessarily limited thereto, and may be implemented in various forms including a polygonal column, and various materials may be selected according to a manufacturing method, and the entire speed reducer 1 may be selected. Since it is not necessary to seal the part, it can be implemented so that a part can be connected to the outside.
  • the coupling gear 1200 is integrally formed on the inner circumferential surface of the reducer case 1000 and has a structure capable of engaging with the insert gear module 2000.
  • the coupling gear 1200 is a structure having various types of joinable teeth such as an involute gear with an involute tooth or an epitrochoid gear with an epitrochoid tooth. Although it may be designed, it is not necessary to have a gear-coupling structure having a tooth, but may be implemented in various structures that can be combined with the insert gear module 2000.
  • the internal groove 1300 is a space in which the encoder 3000 is mounted, and an object of the present invention is to implement the speed reducer 1 having a linear power transmission path while embedding the encoder 3000 through the internal groove 1300.
  • the encoder 3000 is provided on the right side inside the reducer case 1000 in the drawing, but may also be provided on the left side, so that the internal groove 1300 is left or right inside the reducer case 1000. It may be provided in a variety of spaces, including.
  • the insert gear module 2000 is a device for decelerating and outputting the input power, and may be inserted into or detached from the reducer case 1000 and may have a hollow straight power transmission path.
  • the insert gear module 2000 may include an input unit 2100 and an output unit 2200 such that functions and actions of the input side and the output side are separated.
  • the input unit 2100 has a straight power transmission path 2110, is located at the center (center) of the insert gear module 2000, and receives an external power and transmits the external power to the output unit 2200.
  • the speed reducer 1 may implement a straight power transmission path 2110 to prevent the structure of the speed reducer 1 from being complicated, and thus, reduce manufacturing costs and reduce durability.
  • the output unit 2200 receives the power inputted by the input unit 2100 and decelerates by a predetermined reduction ratio according to need or selection, and then outputs power.
  • the output unit 2200 important for the reducer 1 has an encoder 3000, which is an output side position feedback device to be described below, inside the reducer 1 while having a straight power transmission path 2110 that is an object of the present invention.
  • the output shaft 2210 (hereinafter referred to as "bearing” is corrected to "output shaft of bearing integrated end support structure") for bearing integral end support structure. This will be described in detail with reference to FIGS. 5 and 6 below.
  • FIG 5 is a view showing a schematic configuration of the insert gear module 2000 according to an embodiment of the present invention
  • Figure 6 is a detailed configuration of the output shaft 2210 which is one of the components of the insert gear module 2000 Figure is shown.
  • the output shaft 2110 which is a key component of the output unit 2200, has a bearing-integrated end support structure.
  • the output shaft 2110 has a cross roller bearing shape as shown in FIGS. 5 and 6, but is not necessarily limited thereto, and the shape may be variously modified.
  • the output shaft 2210 may include an upper bearing module 2211, a lower bearing module 2213, a coupling groove 2215, and a coupling member 2217.
  • a plurality of upper and lower bearing modules 2213 and 2215 are conceived, and a coupling groove 2215 is adopted in each of the bearing modules 2213 and 2215 to combine them.
  • the upper bearing module 2213 and the lower bearing module 2215 may be coupled to each other through the 2215 and the coupling member 2217.
  • the coupling method may use a screw and a wrench, but is not necessarily limited thereto, and may be variously modified, such as uneven coupling.
  • the coupling hops 2215 and the coupling member 2217 may be a singular or plural.
  • the insert gear module 2000 may perform the function of the reducer by itself without an external housing, the insert gear module 2000 may be coupled to various types of housings and cases, and may be easily replaced by replacing the housing 1100 or the reducer case 1000. Customization is possible.
  • the upper bearing module 2211 and the lower bearing module 2213 are preferably implemented to have the same shape, the upper bearing module 2211 and the lower bearing module 2213 need not be perfectly the same shape, and are capable of supporting both ends and constitute the insert gear module 2000 to reduce the speed reducer 1. ) As long as it can be inserted or mounted inside, various modifications can be made.
  • the top or bottom here is a term for ease in describing the present invention as shown in Figures 5 and 6, but does not have a special meaning, the term can be changed depending on the position, the top to the bottom in some cases It is natural that the bottom can be changed to the top.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a detailed configuration of an encoder 3000 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the encoder 3000 will be described in detail with reference to FIGS. 4 and 7.
  • the encoder 3000 Since the encoder 3000 is directly connected to the output side as the output side position feedback device, the encoder 3000 is mounted on the output shaft 2210 of the bearing 2 end supporting structure.
  • the lower bearing module 2213 constituting the output shaft 2210 is preferably mounted (as described above, the upper bearing module may be the lower bearing module).
  • the encoder 3000 may include a magnet 3100 and a PCB 3200 in a lower configuration as a magnetic encoder, but the encoder 3000 is not necessarily in the form of a magnetic encoder.
  • the position feedback of the output unit 2200 may be performed by analyzing and acquiring position information of the output unit 2200 through the PCB 3200, which detects a change in magnetic flux and intensity of the magnet 3100. Through this, it is possible to precisely control the speed reducer 1 and contribute to increase the precision of the entire actuator including the speed reducer 1.
  • the encoder 3000 grasps the absolute position information of the output unit 2200, so that the absolute position does not change even when the power is turned on or off. Is implemented.
  • the encoder 3000 may be mounted to the output shaft 2210 in various ways.
  • a gear driven or belt driven coupling is provided. This will be described below with reference to FIGS. 8 to 10.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an outline of a gear driven encoder 3010 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an outline of a belt driven encoder 3020 according to another embodiment of the present invention.
  • 10 is a diagram illustrating an appearance of an encoder 3020 having a pollution prevention cover 3021 according to another embodiment of the present invention.
  • the gear drive type encoder 3010 may be applied to the output shaft 2210.
  • a pollution prevention cover 3021 may be further provided on the outside as shown in FIG. 10 to prevent pollution and reduce durability.
  • the power transmission path 2110 may be implemented in a straight line (straight line) to enable accurate high torque power transmission, and the hollow reducer 1 may be realized.
  • the encoder 3000 is directly mounted to the output unit 2200, and the output shaft 2210 of the bearing-integrated end-support structure is applied to the output unit 2200 so that the encoder 3000 may be systematically embedded in the reducer 1. Can be.
  • by providing a position feedback device with an eccentric absolute encoder type encoder 3000 rather than an outer ring contact absolute encoder, it is possible to achieve miniaturization relatively easily and to customize at low cost.
  • the present invention relates to a speed reducer incorporating a position feedback device, which can be applied to a speed reducer, and has industrial repeatability due to repeatability.

Abstract

본 발명의 일 실시예는, 일 측면에 따른 위치 피드백 장치를 갖는 감속기에 있어서, 감속기 외주면을 둘러싸는 형태의 감속기 케이스, 중공된 일자형 동력 전달 경로와 베어링 일체형 양단 지지 구조의 출력축을 구비하여 동력을 입력 받아 감속한 후 출력하는 인서트 기어 모듈 및 상기 인서트 기어 모듈에 장착되는 엔코더를 포함하되, 상기 엔코더는, 상기 베어링 일체형 양단 지지 구조의 출력축 하단 일측에 마련되며, 또한 감속기 케이스에 마련된 내장홈에 구비되는 것을 특징으로 하는 위치 피드백 장치가 내장된 감속기를 제공한다.

Description

위치 피드백 장치가 내장된 감속기
본 발명은 위치 피드백 장치가 내장된 감속기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 출력부에 위치 피드백 장치를 장착하면서도 일자형 동력 전달 구조를 가지는 출력부 위치 피드백 장치를 내부에 구비한 감속기에 관한 것이다.
최근 로봇은 산업용뿐만 아니라, 가정용 로봇, 휴머노이드 로봇에 이르기까지 사용 범위가 넓어지고 있으며, 그에 따라 로봇 기술은 급격하게 발전하고 있다. 특히 로봇 기술과 관련하여 로봇 관절의 유연성을 위해 장착하는 액츄에이터는 로봇의 핵심적인 부품 중 하나이고 그 중 감속기가 액츄에이터의 주된 구성으로 사용되고 있으며, 대표적인 예로 기어식 감속기, 전동볼식 감속기, 싸이클로이드 감속기 등이 있다.
통상의 액츄에이터는 모터에 해당하는 입력 부분의 위치 피드백 장치만을 통해 제어를 하고 있는 실정이나, 이러한 경우 고토크를 얻기 위해 감속기를 장착하는 경우 감속비에 따른 응답성 감소 및 오차가 증가하여 정밀제어가 어려운 단점이 있다. 따라서 최근에는 액츄에이터의 입력부뿐만 아니라 출력부에 위치 피드백 장치를 부착하여 정밀제어가 용이하고 특히, 절대 위치 엔코더를 통해 별도의 호밍 없이도 전원 인가 후 출력부의 위치를 바로 알 수 있도록 액츄에이터를 구현하고 있다. 출력부 위치 피드백 장치는 회전하는 출력부와 직접적으로 연결되어야 하는 특징이 있는데, 인벌류트 기어열과 같이 다축/다단기어 형태의 기어열은 출력부와 직접적인 연결이 용이하지만, 싸이클로이드 감속기와 같은 유성기어 기반 내접식 기어열은 단축/동축의 기어열이여서 출력부에 위치 피드백 장치를 직접 연결할 경우 중공의 기구부(기어부)와 “S”형 혹은 “지그재그”형의 입력부(추가 기어열)가 요구될 수 밖에 없는 구조를 지니고 있다.
종래의 위치 피드백 장치가 내장된 감속기(X)를 나타낸 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 감속기(X) 내부에 위치한 출력측(200)에 자석(마그네틱)이 구비된 로드(Rod)가 장착되어 있고, 이 로드의 회전(출력축(200)과 동일한 회전) 값을 측정하는 마그네틱 POT (potentiometer) 센서(300, 자력변화 측정)가 장착된 것을 확인할 수 있다. 이 경우 입력측(100)에서 동력을 입력 받아 출력측(200)으로 전달할 때에 출력측 중심에 장착된 로드는 회전을 하고 이를 측정하는 센서는 고정되어 있어 동력 전달 구조를 일자형으로 구현할 수 없었고, 따라서 “S”형 혹은 “지그재그”형 동력 전달 구조(400)를 사용하였다. 그러나 이러한 “S”형 혹은 “지그재그”형 동력전달 구조는 고토크 감속부의 경우 기어열의 체적 증가와 추가 기어열의 내구성이 크게 요구되므로, 감속부 전체의 내구성 감소를 초래할 수 있는 문제점이 있다.
따라서 감속부 전체의 내구성 감소를 시키지 않도록 일자형 동력 전달 구조를 가지면서도 출력측에 직접 위치 피드백 장치가 장착된 감속기의 필요성이 대두된다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 출력부에 위치 피드백 장치를 장착하면서도 일자형 동력 전달 구조를 갖는 위치 피드백 장치가 내장된 감속기를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예는, 일 측면에 따른 위치 피드백 장치를 갖는 감속기에 있어서, 감속기 외주면을 둘러싸는 형태의 감속기 케이스와, 중공된 일자형 동력 전달 경로와 베어링 일체형 양단 지지 구조의 출력축을 구비하여 동력을 입력 받아 감속한 후 출력하는 인서트 기어 모듈과, 상기 인서트 기어 모듈에 장착되는 엔코더를 포함하되, 상기 엔코더는, 상기 베어링 일체형 양단 지지 구조의 출력축 하단 일측에 마련되며, 또한 감속기 케이스에 마련된 내장홈에 구비되는 것을 특징으로 하는 위치 피드백 장치가 내장된 감속기를 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 감속기 케이스는, 상기 감속기를 둘러싸는 하우징과, 상기 감속기 내주면에 일체로 형성되어 상기 인서트 기어 모듈과 결합하는 결합 기어와, 상기 엔코더가 내장되는 내장홈을 포함하되, 상기 감속기 케이스는 교체가 가능하여 상기 인서트 기어 모듈은 커스터마이징이 가능할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 인서트 기어 모듈은, 중공된 일자형 동력 전달 경로를 가지되 상기 인서트 기어 모듈 중앙에 위치하여 동력을 입력 받는 입력부와, 상기 동력을 제공 받아 감속한 후 출력하는 베어링 일체형 양단 지지 구조의 출력축을 구비한 출력부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 베어링 일체형 양단 지지 구조의 출력축은, 크로스롤러베어링 형태이고, 상단 베어링 모듈 및 하단 베어링 모듈을 포함하되, 상기 상단 베어링 모듈 및 하단 베어링 모듈은 동일한 형상을 가지고, 각각 결합홈을 구비하며, 상기 결합홈과 결합 가능한 결합부재를 통해 상호 결합될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 엔코더는, 상기 인서트 기어 모듈에 장착되되, 자석 및 PCB를 구비하여 상기 출력부의 위치 정보를 자속 검출 방식으로 분석 및 획득하고, 상기 위치 정보를 토대로 위치 피드백을 실시하는 편심형 절대 엔코더이며, 상기 하단 베어링 모듈 하단 일측에 장착될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 엔코더는 상기 하단 베어링 모듈 하단 일측에 장착시 기어 구동형 또는 벨트 구동형으로 결합할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 엔코더는 상기 하단 베어링 모듈 하단 일측에 장착시 기어 구동형 또는 벨트 구동형으로 결합하되, 상기 엔코더 외주면에 마련되는 오염 방지용 커버를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면 양단 지지 구조의 출력축 하단에 편심형 절대 엔코더를 장착하여 감속기 내부에 출력측 위치 피드백 장치를 장착할 수 있고, 출력측 위치 피드백 장치를 내장하면서도 동력 전달 구조가 일자형인 감속기를 구현할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1 및 도 2는 종래의 위치 피드백 장치가 내장된 감속기의 내부 구성을 개략적으로 도시한 측면도와 일부 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 피드백 장치가 내장된 감속기의 내부 구성을 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시에에 따른 위치 피드백 장치가 내장된 감속기의 세부 구성을 도시한 일부 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시에에 따른 위치 피드백 장치가 내장된 감속기가 포함하는 인서트 기어 모듈의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시에에 따른 위치 피드백 장치가 내장된 감속기가 포함하는 인서트 기어 모듈의 하위 구성요소 중 하나인 출력축의 세부 구성을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 감속기가 포함하는 엔코더의 세부 구성을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 기어 구동형 엔코더의 외형을 도시한 도면이다.
도9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 벨트 구동형 엔코더의 외형을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시에에 따른 벨트 구동형 엔코더와 그 외주면에 형성된 오염 방지용 커버를 도시한 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 특히 종래의 감속기 구조와 기어 구조, 감속기 내부 구조, 출력축의 구조, 각 구성요소들의 결합 방법 등은 이하에서 설명하는 방법 외에 다양하게 실시될 수 있음이 자명하다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 피드백 장치가 내장된 감속기(1)의 내부 구성을 개략적으로 도시한 측면도이고, 도 4는 감속기(1)의 세부 구성을 도시한 일부 분해 사시도를 나타낸 도면으로서, 이를 참조하여 감속기(1)를 설명한다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 감속기(1)는 감속기 케이스(1000), 인서트 기어 모듈(2000) 및 엔코더(3000)를 포함한다.
감속기 케이스(1000)는 감속기(1) 외주면을 둘러싸는 형태로 구현되며, 감속기(1) 내부를 외부로부터 보호하고, 감속기(1) 내부와 외부를 차단시킨다. 구체적으로 감속기 케이스(1000)는 하우징(1100), 결합 기어(1200) 및 내장홈(1300)을 포함할 수 있다
하우징(1100)은 감속기(1)를 직접적으로 둘러싸고 내부에 인서트 기어 모듈(2000)(이하 “인서트 기어”는 “인서트 기어 모듈”로 모두 정정함), 엔코더(3000) 등이 구비될 수 있는 형태이다. 도 3 및 도 4에는 원기둥 형태를 지니고 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 다각기둥을 포함한 다양한 형태로 구현될 수 있고, 제작 방법에 따라 소재도 다양하게 선택될 수 있으며, 반드시 감속기(1) 전체를 밀폐해야 하는 것은 아니므로, 일부분이 외부와 연결 가능하도록 구현될 수 있다.
결합 기어(1200)는 감속기 케이스(1000) 내주면에 일체로 형성되어 인서트 기어 모듈(2000)와 결합할 수 있는 구조를 가진다. 결합 기어(1200)는 인벌류트 치형(involute tooth)을 가진 인벌류트 기어(involute gear) 또는 에피트로코이드 치형(epitrochoid tooth)을 가진 에피트로코이드 기어(epitrochoid gear) 등 다양한 형태의 결합 가능한 치형을 갖는 구조로 설계될 수 있으나, 반드시 치형을 갖는 기어 결합형 구조를 가져야 하는 것은 아니며, 인서트 기어 모듈(2000)와 결합할 수 있는 다양한 구조로 구현될 수 있다.
내장홈(1300)은 엔코더(3000)가 장착되는 공간으로 본 발명의 일 목적은 내장홈(1300)을 통해 엔코더(3000)를 내장하면서도 동력 전달 경로가 일자형인 감속기(1)를 구현하는 것이다. 도 3 및 도 4에 표시된 바와 같이 엔코더(3000)가 도면상 감속기 케이스(1000) 내부 우측에 마련되어 있으나, 좌측에 마련될 수도 있으며, 따라서 내장홈(1300)은 감속기 케이스(1000) 내부 좌측 또는 우측을 포함하여 다양한 공간에 마련될 수 있다.
인서트 기어 모듈(2000)는 입력된 동력에 감속을 실시하여 출력하는 장치로, 감속기 케이스(1000) 내부에 삽입되거나 탈착 가능한 형태이고, 중공된 일자형 동력 전달 경로를 가질 수 있다. 구체적으로 인서트 기어 모듈(2000)는 입력측과 출력측의 기능 및 작용이 분리되도록 입력부(2100) 및 출력부(2200)를 포함할 수 있다.
입력부(2100)는 일자형 동력 전달 경로(2110)를 가지고, 인서트 기어 모듈(2000) 중앙부(중심부)에 위치하며 외부 동력을 입력 받아 출력부(2200)에 전달하는 기능을 수행한다.
이로써 감속기(1)는 일자형 동력 전달 경로(2110)를 구현하여 감속기(1)의 구조가 복잡해지는 것을 방지하고 그에 따른 제작 비용 감소 및 내구성 감소 등의 문제점을 해결할 수 있다.
출력부(2200)는 입력부(2100)가 입력 받은 동력을 제공 받아 필요 또는 선택에 따라 일정 감속비에 의하여 감속한 후 동력을 출력한다. 특히 감속기(1)에 있어서 중요한 출력부(2200)는 본 발명의 일 목적인 일자형 동력 전달 경로(2110)를 가지면서도 감속기(1) 내부에 하기에서 설명할 출력측 위치 피드백 장치인 엔코더(3000)를 장착하기 위해 베어링 일체형 양단 지지 구조의 출력축(2210)(이하 “베어링”은 “베어링 일체형 양단 지지 구조의 출력축”으로 정정함)을 구비한다. 이는 이하에서 도 5 및 도 6을 참조하여 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인서트 기어 모듈(2000)의 개략적인 구성을 도시한 도면이고, 도 6은 인서트 기어 모듈(2000)의 구성요소 중 하나인 출력축(2210)의 세부 구성을 도시한 도면이다.
출력부(2200)의 핵심 구성요소인 출력축(2110)은 앞서 설명 하였듯이 베어링 일체형 양단 지지 구조를 지니고 있다. 또한 출력축(2110)은 도 5 및 도 6에서와 같이 크로스롤러베어링 형태를 지니는 것이 바람직할 것이나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며 그 형상은 얼마든지 다양하게 변형되어 실시될 수 있다.
구체적으로 출력축(2210)은 상단 베어링 모듈(2211), 하단 베어링 모듈(2213), 결합홈(2215), 결합부재(2217)을 포함할 수 있다. 베어링 일체형 양단 지지 구조를 실현하기 위해 상단과 하단 복수의 베어링 모듈(2213; 2215)을 착안하였으며, 이를 결합하기 위해 각 베어링 모듈(2213; 2215)에 결합홈(2215)을 채택하였고, 결합홈(2215)과 결합부재(2217)를 통해 상단 베어링 모듈(2213)과 하단 베어링 모듈(2215)를 상호 결합시킬 수 있다. 결합방법은 나사와 렌치를 이용할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며 요철 결합 등 다양하게 변형 실시할 수 있다. 또한 결합홉(2215) 및 결합부재(2217)는 단수개일 수도 있고 다수개일 수도 있다. 또한, 인서트 기어 모듈(2000)은 외부 하우징 없이 자체적으로 감속기의 기능을 수행할 수 있기 때문에 다양한 형태의 하우징 및 케이스에 결합이 가능하고, 하우징(1100) 또는 감속기 케이스(1000)의 교체를 통해 손쉽게 커스터마이징이 가능하다.
상단 베어링 모듈(2211) 및 하단 베어링 모듈(2213)은 동일한 형상을 갖도록 구현하는 것이 바람직하지만, 완벽하게 동일한 형상일 필요는 없으며 양단 지지가 가능한 구조이고 인서트 기어 모듈(2000)을 구성하여 감속기(1) 내부에 삽입 또는 장착이 가능한 정도라면 얼마든지 다양하게 변형 실시될 수 있다. 또한 여기서 말하는 상단 또는 하단은 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이 본 발명을 설명함에 있어 용이함을 위한 용어일 뿐 특별한 의미는 없으며, 위치에 따라 용어가 바뀔 수 있고, 경우에 따라 상단이 하단으로 하단이 상단으로 변경 될 수 있음은 당연하다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔코더(3000)의 세부 구성을 도시한 도면으로서, 앞선 도 4와 도7을 참조하여 엔코더(3000)를 상세히 설명한다.
엔코더(3000)는 출력측 위치 피드백 장치로서 출력측과 직접 연결되어야 하므로 출력부(2200) 베어링 일체형 양단 지지 구조의 출력축(2210)에 장착된다. 그 중에서도 출력축(2210)을 구성하는 하단 베어링 모듈(2213)에 장착되는 것이 바람직하다(앞서 설명하였듯이 상단 베어링 모듈이 하단 베어링 모듈이 될 수 있다).
구체적으로 엔코더(3000)는 마그네틱 엔코더 형태로서 하위 구성으로 자석(3100) 및 PCB(3200)를 포함할 수 있으나, 반드시 마그네틱 엔코더 형태여야 하는 것은 아니다.
자석(3100)의 자속 변화와 세기를 감지하는 역할을 수행하는 PCB(3200)를 통해 출력부(2200)의 위치 정보를 분석 및 획득하여 출력부(2200)의 위치 피드백을 수행할 수 있다. 이를 통해 감속기(1)의 정밀 제어가 가능하여 감속기(1)를 포함하는 액츄에이터 전체의 정밀성을 높이는데 기여할 수 있다.
바람직하게는 출력측 위치 피드백 장치의 효과를 극대화하기 위해 엔코더(3000)는 출력부(2200)의 절대적인 위치 정보를 파악하여 전원 on/off 시에도 절대적인 위치가 변하지 않도록 편심형 절대 엔코더(Absolute Encoder)로 구현된다.
또한 엔코더(3000)는 다양한 방식으로 출력축(2210)에 장착될 수 있는데 본 발명에서는 그 예시로서 기어 구동형 또는 벨트 구동형 결합을 제시한다. 이는 이하 도 8 내지 도 10을 참조하여 설명한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 기어 구동형 엔코더(3010)의 외형을 도시한 도면이고, 도9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 벨트 구동형 엔코더(3020)의 외형을 도시한 도면이며, 도 10은 본 발명의 다른 실시에에 따른 오염 방지용 커버(3021)를 구비한 엔코더(3020)의 외형을 도시한 도면이다.
편심형 절대 엔코더 형태인 엔코더(3000)를 회전하기 위해서는 일반적인 동력 전달 장치들을 모두 적용할 수 있다. 그 중에서도 대표적으로 기어 구동형 엔코더(3010) 및 벨트 구동형 엔코더(3020)를 적용할 수 있다.
위치 피드백 장치로서의 일반적인 엔코더의 경우 출력측의 회전만을 전달하기 때문에 부하가 없어 벨트 구동형 엔코더(3020)로 출력축(2210)에 결합하여도 슬립이 발생하지 않고 동력 전달이 가능하다. 그러나 더욱 정밀하고 정확한 동력 전달을 위해서는 기어 구동형 엔코더(3010)을 적용하여 출력축(2210)에 결합 할 수 있다.
또한 기어 구동형 엔코더(010) 및 벨트 구동형 엔코더(3020)를 적용하는 경우에는 오염 방지와 내구성 감소 방지를 위해 도 10에 나타낸 바와 같이 오염 방지용 커버(3021)를 외부에 더 구비할 수 있다.
*이상 전술한 감속기(1)를 이용하여 동력 전달 경로(2110)를 일자형(직선)으로 구현하여 정확한 고토크의 동력 전달이 가능하며 중공형 감속기(1)를 구현할 수 있다. 또한 출력부(2200)에 엔코더(3000)를 직접 장착하되, 출력부(2200)에 베어링 일체형 양단 지지 구조의 출력축(2210)을 적용하여 엔코더(3000)가 시스템적으로 감속기(1)에 내장될 수 있다. 또한 베어링 일체형 양단 지지 구조를 채택하여 감속 기능을 수행하는 인서트 기어 모듈(2000)의 강성을 향상시킬 수 있으며, 변형을 최소화하여 정밀도 향상에 기여할 수 있다. 또한 외륜 접촉형 절대 엔코더가 아닌 편심형 절대 엔코더 형태의 엔코더(3000)로 위치 피드백 장치를 마련하여 소형화가 상대적으로 용이하며 저비용으로 커스트마이징이 가능한 효과를 발휘할 수 있다.
발명의 실시를 위한 형태는 위의 발명의 실시를 위한 최선의 형태에서 함께 기술되었다.
본 발명은 위치 피드백 장치가 내장된 감속기에 관한 것으로, 감속기에 적용 가능하고, 반복 가능성이 있어 산업상 이용가능성이 있다.

Claims (7)

  1. 위치 피드백 장치를 갖는 감속기에 있어서,
    감속기 외주면을 둘러싸는 형태의 감속기 케이스;
    중공된 일자형 동력 전달 경로와 베어링 일체형 양단 지지 구조의 출력축을 구비하여 동력을 입력 받아 감속한 후 출력하는 인서트 기어 모듈; 및
    상기 인서트 기어 모듈에 장착되는 엔코더를 포함하되,
    상기 엔코더는, 상기 베어링 일체형 양단 지지 구조의 출력축 하단 일측에 마련되며, 또한 감속기 케이스에 마련된 내장홈에 구비되는 것을 특징으로 하는 위치 피드백 장치가 내장된 감속기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 감속기 케이스는,
    상기 감속기를 둘러싸는 하우징;
    상기 감속기 내주면에 일체로 형성되어 상기 인서트 기어 모듈과 결합하는 결합 기어; 및
    상기 엔코더가 내장되는 내장홈을 포함하되,
    상기 감속기 케이스는 교체가 가능하여 상기 인서트 기어 모듈은 커스터마이징이 가능한 것을 특징으로 하는 위치 피드백 장치가 내장된 감속기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 인서트 기어 모듈은,
    중공된 일자형 동력 전달 경로를 가지되 상기 인서트 기어 모듈 중앙에 위치하여 동력을 입력 받는 입력부; 및
    상기 동력을 제공 받아 감속한 후 출력하는 베어링 일체형 양단 지지 구조의 출력축을 구비한 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 피드백 장치가 내장된 감속기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 베어링 일체형 양단 지지 구조의 출력축은,
    크로스롤러베어링 형태이고,
    상단 베어링 모듈 및 하단 베어링 모듈을 포함하되,
    상기 상단 베어링 모듈 및 하단 베어링 모듈은 동일한 형상을 가지고, 각각 결합홈을 구비하며, 상기 결합홈과 결합 가능한 결합부재를 통해 상호 결합되는 것을 특징으로 하는 위치 피드백 장치가 내장된 감속기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 엔코더는,
    상기 인서트 기어 모듈에 장착되되,
    자석 및 PCB를 구비하여 상기 출력부의 위치 정보를 자속 검출 방식으로 분석 및 획득하고,
    상기 위치 정보를 토대로 위치 피드백을 실시하는 편심형 절대 엔코더이며,
    상기 하단 베어링 모듈 하단 일측에 장착되는 것을 특징으로 하는 위치 피드백 장치가 내장된 감속기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 엔코더는 상기 하단 베어링 모듈 하단 일측에 장착시 기어 구동형 또는 벨트 구동형으로 결합하는 것을 특징으로 하는 위치 피드백 장치가 내장된 감속기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 엔코더는 상기 하단 베어링 모듈 하단 일측에 장착시 기어 구동형 또는 벨트 구동형으로 결합하되,
    상기 엔코더 외주면에 마련되는 오염 방지용 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 피드백 장치가 내장된 감속기.
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