WO2020213914A1 - 구동축 브레이킹 장치 - Google Patents

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WO2020213914A1
WO2020213914A1 PCT/KR2020/005012 KR2020005012W WO2020213914A1 WO 2020213914 A1 WO2020213914 A1 WO 2020213914A1 KR 2020005012 W KR2020005012 W KR 2020005012W WO 2020213914 A1 WO2020213914 A1 WO 2020213914A1
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WO
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brake
drive shaft
rotation
locking
wing
Prior art date
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PCT/KR2020/005012
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English (en)
French (fr)
Inventor
이정호
허정우
임정수
Original Assignee
주식회사 레인보우로보틱스
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • F16D2127/00—Auxiliary mechanisms
    • F16D2127/06—Locking mechanisms, e.g. acting on actuators, on release mechanisms or on force transmission mechanisms

Definitions

  • the present invention relates to a braking device for a drive shaft used in a robot joint or the like.
  • intelligent robots In order to develop intelligent robots, advanced technologies such as new materials, semiconductors, artificial intelligence, and sensor software are required along with traditional technologies such as machinery and electronics. Unlike existing industrial robots, intelligent robots have the functions and performance required in the future market. It can be called a robot.
  • the joint module of the robot used in various industries and service fields is equipped with a motor, a torque sensor for stably driving the motor, a braking device, etc., and the braking device controls acceleration/deceleration of a moving object or stops operation. Essentially used to maintain the position of the robot arm.
  • Conventional braking devices use a friction-type brake pad to perform a braking operation on an object, mechanically contact the brake pad to an object requiring a braking operation, and perform a braking operation on the object using the frictional force generated at this time. do.
  • the conventional friction type braking device as described above has a limitation in using a part that requires relatively accurate stopping force control, such as a joint of a robot, because a slip phenomenon occurs during the braking process.
  • Patent Publication No. 10-2013-0018599 published on February 25, 2013
  • An object of the present invention is to solve the above-described problems, and to provide a drive shaft braking device that is suitable for a robot joint and has a structure with improved braking performance.
  • a drive shaft braking device is a braking device for a drive shaft used in a robot joint, comprising: a brake ring coupled to a drive shaft to rotate according to the rotation of the drive shaft, and at least one locking piece having a cross-shaped distal end; A support frame fixed to the inside of the robot joint; A brake wing that is rotatable about a brake shaft formed on the support frame and has a locking protrusion for stopping rotation of the drive shaft by physical interference with a cross-shaped end portion of the locking piece formed on the brake ring; A position adjustment unit for rotating the brake wing to move the position of the locking protrusion; And an elastic member for applying an elastic force to the rotation of the brake wing.
  • the brake ring includes a plurality of the locking pieces radially protruding from the body axially coupled to the drive shaft, and the locking protrusion includes a first position located inside a radius of rotation of the cross-shaped distal end by rotation of the brake wing and the The second position located outside the radius of rotation of the cruciform distal portion is moved.
  • a solenoid for moving the locking protrusion to one of the first and second positions by rotating the brake wing according to the presence or absence of the input current or the direction of the input current.
  • one or more engaging pieces having a cross-shaped distal end are formed on a brake ring that is axially coupled to a drive shaft, and a locking protrusion is formed on a brake wing that rotates about a brake axis of a support frame fixed to a robot joint.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of a robot joint having a drive shaft braking device according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2 and 3 are views showing an embodiment of the configuration of a drive shaft braking device according to the present invention.
  • FIG 4 and 5 are views for explaining the operation of the drive shaft braking apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view showing the configuration of a brake ring and a brake wing provided in the drive shaft braking device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view for explaining the clearance of the drive shaft braking device according to an embodiment of the present invention.
  • block diagrams herein are to be understood as representing a conceptual perspective of exemplary circuits embodying the principles of the invention.
  • all flowcharts, state transition diagrams, pseudocodes, etc. are understood to represent various processes performed by a computer or processor, whether or not the computer or processor is clearly depicted and that can be represented substantially in a computer-readable medium. Should be.
  • processors or functional block represented by a similar concept may be provided by the use of dedicated hardware as well as hardware having the ability to execute software in association with appropriate software.
  • the function may be provided by a single dedicated processor, a single shared processor, or a plurality of individual processors, some of which may be shared.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of a robot joint having a drive shaft braking device according to an embodiment of the present invention.
  • the braking device 100 is axially coupled to the drive shaft 15 of the motor together with a reducer and an encoder within the joint 10 of the robot, and at an exact position when the motor is stopped. It may be a device for allowing the rotation of the joint 10 to be stopped and maintained.
  • the joint 10 may be provided in various robots such as a cooperative robot, an industrial robot, a humanoid robot, and a robot manipulator, but the present invention is not limited thereto, and the joint 10 is axially coupled to the drive shaft of various devices other than the robot. It can be used as a brake mechanism.
  • the robot joint 10 may include a driving shaft 15 and a braking device 100 axially coupled thereto in the housing 11.
  • one or more locking pieces having a cross-shaped distal end are formed on a brake ring that is axially coupled to the drive shaft 15 of the robot joint 10, and the support frame fixed to the robot joint 10 It is possible to implement a braking device capable of braking in both directions with a small clearance by forming a locking protrusion on the brake wing rotating about the brake shaft to stop the rotation of the drive shaft by physical interference with the cross-shaped end of the locking piece.
  • the braking device 100 is a brake ring 110, a support frame 120, a brake wing 130, the position It may be configured to include the adjustment unit 140 and the elastic member 150.
  • the brake ring 110 is coupled to the drive shaft 15 and rotates according to the rotation of the drive shaft 15, and one or more locking pieces 115 having a cross-shaped distal end may be formed. .
  • the brake ring 100 as shown in FIG. 3, includes four locking pieces 115 protruding radially from a body axially coupled to the drive shaft 15, and the locking piece 115 Each distal end may have a shape similar to a crosshair.
  • the support frame 120 is fixed to the inside of the robot joint 10 and is coupled to the housing 11 of the robot joint 10 using a separate connecting member and a fastening member, for example, as shown in FIG. Can be fixed.
  • the brake wing 130 is rotatable about the brake shaft 125 formed on the support frame 120, and the drive shaft (by physical interference with the cross-shaped end portion of the locking piece 115 formed on the brake ring 110) A locking protrusion 135 for stopping the rotation of 15) may be formed.
  • the position adjustment unit 140 rotates the brake wing 130, and the locking protrusion 135 is moved according to the rotation of the brake wing 130, so that the physical contact with the cross-shaped end portion of the locking piece 115 formed on the brake ring 110 Interference can be adjusted.
  • the brake wing 130 is provided one on both sides of the braking device 100, and each brake wing 130 is provided on both sides of the braking device 100. It can be rotated by the position adjustment unit 140.
  • the locking protrusion 135 is a first position located inside the turning radius of the cross-shaped distal end of the locking piece 115 formed on the brake ring 110 according to the rotation of the brake wing 130 by the position adjustment unit 140 It is possible to move between a second position located outside the radius of rotation of the cruciform distal end.
  • the position adjusting unit 140 may be configured to include a solenoid for moving the locking protrusion 135 to one of the first and second positions by rotating the brake wing 130 according to the presence or absence of an input current or a direction. have.
  • the braking device 100 may further include a controller (not shown) for controlling an input current to the solenoid.
  • the elastic member 150 may serve to apply an elastic force to the rotation of the brake wing 130.
  • the elastic member 150 may be formed of a spring having one end fixed to the brake wing 130 side and the other end fixed to the support frame 120 side.
  • one side of the brake wing 130 is connected to the brake shaft 125 of the support frame 120, and the contact part 137 of the other side contacts the moving member 145 that is moved by a solenoid. It may have a structure in which a locking protrusion 135 is formed between one side and the other side.
  • FIG 4 illustrates a case where the cross-shaped end portion of the locking piece 115 formed on the brake ring 110 and the locking protrusion 135 of the brake wing 130 do not cause physical interference with each other.
  • the locking protrusion 135 is moved out of the cross-shaped distal turning radius R of the locking piece 115 formed on the brake ring 110, and accordingly, the brake wing 130 It does not interfere with the rotation of the brake ring 110 so that the drive shaft 15 can rotate freely.
  • the torsion spring which is an elastic member connected to the brake wing 130, may be wound to have an elastic force.
  • FIG 5 illustrates a case where the cross-shaped end portion of the locking piece 115 formed on the brake ring 110 and the locking protrusion 135 of the brake wing 130 cause physical interference with each other.
  • the brake wing 130 may be rotated and returned to its original position by the elastic force of the torsion spring connected to the brake wing 130. have.
  • the brake wing 130 When the brake wing 130 is rotated and returned as described above, the locking protrusion 135 is moved into the cross-shaped distal turning radius R of the locking piece 115 formed on the brake ring 110, and accordingly, the brake wing ( 130) interferes with the rotation of the brake ring 110 so that rotation of the drive shaft 15 may be stopped.
  • the solenoid is buried in the position adjusting unit 140 to double or attenuate the magnetic flux in any one direction according to whether or not current is applied.
  • the magnetic flux formed in one direction is doubled or the magnetic flux formed in the other direction is attenuated, and the moving member 145 is moved as described above.
  • the brake wing 130 can be rotated.
  • the solenoid provided in the positioning unit 140 when the solenoid provided in the positioning unit 140 is turned on, the physical interference between the brake ring 110 and the brake wing 130 is released, and when the solenoid is turned off, the brake ring 110 and the One embodiment of the present invention has been described as an example that the rotation of the drive shaft 15 is stopped due to the occurrence of physical interference between the brake wings 130, but the present invention is not limited thereto, and the brake wing 130
  • the physical interference with the brake ring 110 can be adjusted by rotating in various ways.
  • Both directions of rotation of the drive shaft 15 may be maintained in a stopped state.
  • the brake wing 130 is provided with four cross-shaped locking protrusions 115, so that the brake can be locked within a maximum of 45 degrees regardless of the position and rotation direction of the rotating drive shaft 15. .
  • the solenoid is turned off at the moment the brake wing 130 is positioned between the cross-shaped locking protrusions 115, and if the brake wing enters the rotation radius, the right On the left side of the brake wing until the brake wing 130 is caught by the locking protrusion 115, the locking protrusion 135 is pushed and rotated, and the brake can be locked by rotating at an angle within a maximum of 45 degrees.
  • the size, shape, angle, etc. of the locking protrusion 135 formed on the brake wing 130, and the size, shape, angle, etc. of the cross-shaped end portion of the locking piece 115 formed on the brake ring 110 are shown in FIG. It is preferable that they are set according to each other as described above.
  • the angle between the concave portion of the cross-shaped end portion of the locking piece 115 formed on the brake ring 110 and the portion in which the brake wing contacts is less than 90 degrees based on the tangential direction at the outermost angle at the contact portion. Even if the drive shaft 15 rotates, when the brake wing 130 and the locking piece 115 meet, the brake wing 130 is pushed out by the rotational force of the driving shaft 15 and does not escape, and a force that is further introduced toward the locking piece 115 is applied. In response, the brake wing 130 may not be pulled out of the locking piece 115.
  • the braking device 100 is provided with two brake wings (130, 131) on both sides to correspond to the two locking pieces (115, 116) formed on the brake ring 110, respectively.
  • the two locking protrusions 135 and 136 formed on the two brake wings 130 and 131 are moved to a first position within the rotation radius of the locking pieces 115 and 116, respectively, and the brake ring 110 The rotation of the shaft-coupled drive shaft 15 may be stopped.
  • the braking device 100 may have a bidirectional braking clearance corresponding to the positions of the locking protrusions 135 and 136.
  • the position where the brake wings 130 and 131 are mounted is in a state in which the two locking pieces 115 and 116 of the brake ring 110 are aligned in the 9 o'clock and 3 o'clock directions, the respective locking protrusions 135 , 136 may be set to be positioned slightly higher than the position in contact with the locking pieces (115, 116).
  • the brake ring 110 has a clearance that can be rotated by a certain angle ⁇ 1 in the clockwise direction, and has a clearance that can be rotated by a predetermined angle ⁇ 1 even in a counterclockwise direction, so that it is twice as much as a predetermined angle ⁇ 1. It can have a play in both directions by a corresponding angle ⁇ 2.
  • the brake ring 110 may have a rotatable clearance of about 0.6 degrees in a clockwise direction and a counterclockwise direction, respectively, and may have a two-way clearance of about 1.2 degrees, and for that purpose, the brake wing 130, 131) or the positions of the protrusions 135 and 136 may be determined.
  • one end of the torsion spring which is the elastic member 150, may be fixed in a bent state through an insertion hole formed in a portion of the stopping protrusion 135 of the brake wing 130.

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Abstract

본 발명은 구동축 브레이킹 장치에 관한 것으로, 그 장치는 구동축에 결합되어 구동축의 회전에 따라 회전하며 십자형의 말단부를 가지는 하나 이상의 걸림편이 형성된 브레이크 링; 로봇 관절의 내부에 고정되는 지지 프레임; 지지 프레임에 형성된 브레이크 축을 중심으로 회전 가능하며 브레이크 링에 형성된 걸림편의 십자형 말단부와의 물리적 간섭에 의해 구동축의 회전을 정지시키기 위한 걸림돌기가 형성된 브레이크 윙; 브레이크 윙을 회전시켜 걸림돌기의 위치를 이동시키기 위한 위치 조정부; 및 브레이크 윙의 회전에 탄성력을 가하기 위한 탄성부재;를 포함한다.

Description

구동축 브레이킹 장치
본 발명은 로봇 관절 등에 사용되는 구동축을 위한 브레이킹 장치에 관한 것이다.
최근 로봇 기술의 발달로 인해 산업 로봇 이외에도 인간을 대신하여 다양한 작업을 수행할 수 있는 지능형 로봇에 대한 필요성이 대두 되고 있으며, 이에 대한 연구 개발이 활발히 진행되고 있다.
지능형 로봇을 개발하기 위해서는 기계, 전자 등 전통 기술과 함께, 신소재, 반도체, 인공지능, 센서소프트웨어 등의 첨단 기술이 요구되며, 지능형 로봇은 기존 산업용 로봇과 달리 미래 시장에서 요구하는 기능과 성능을 가진 로봇이라고 할 수 있다.
한편, 산업용 로봇 및 서비스용 로봇 등이 개발되어 여러 분야에서 용도에 맞게 사용되고 있으며, 단순 작업뿐만 아니라 고도의 작업까지도 정확하면서도 신속하게 수행할 수 있어 사용이 점점 증가하고 있다.
위와 같이 다양한 산업 및 서비스 분야에 이용되는 로봇의 관절 모듈은, 모터, 모터를 안정적으로 구동하기 위한 토크 센서, 브레이킹 장치 등을 구비하며, 브레이킹 장치는 이동하는 물체의 가감속을 제어하거나 작동 정지시 로봇 암의 위치를 유지하기 위해 필수적으로 사용된다.
종래의 브레이킹 장치는 마찰 방식의 브레이크 패드를 이용하여 물체에 대한 브레이킹 동작을 수행하여, 브레이킹 동작이 필요한 물체에 브레이크 패드를 기계적으로 접촉시키고, 이때 발생하는 마찰력을 이용하여 물체에 대한 브레이킹 동작을 수행한다.
그러나 위와 같은 종래의 마찰 방식 브레이킹 장치는 브레이킹을 수행하는 과정에서 미끄러지는 슬립 현상이 발생하기 때문에 비교적 정확하게 정지력 조절이 필요한 부분, 예컨대 로봇의 관절 등에 사용하기에는 한계가 있다.
선행기술문헌 1. 특허공개번호 제10-2013-0018599호(2013.02.25 공개)
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 로봇 관절에 적합하며 브레이킹 성능이 향상된 구조를 가지는 구동축 브레이킹 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 구동축 브레이킹 장치는 로봇 관절에 사용되는 구동축을 위한 브레이킹 장치로서, 구동축에 결합되어 상기 구동축의 회전에 따라 회전하며, 십자형의 말단부를 가지는 하나 이상의 걸림편이 형성된 브레이크 링; 로봇 관절의 내부에 고정되는 지지 프레임; 상기 지지 프레임에 형성된 브레이크 축을 중심으로 회전 가능하며, 상기 브레이크 링에 형성된 걸림편의 십자형 말단부와의 물리적 간섭에 의해 상기 구동축의 회전을 정지시키기 위한 걸림돌기가 형성된 브레이크 윙; 상기 브레이크 윙을 회전시켜 상기 걸림돌기의 위치를 이동시키기 위한 위치 조정부; 및 상기 브레이크 윙의 회전에 탄성력을 가하기 위한 탄성부재;를 포함한다.
상기 브레이크 링은 상기 구동축과 축결합된 몸체로부터 방사형으로 돌출된 복수의 상기 걸림편들을 포함하며, 상기 걸림돌기는 상기 브레이크 윙의 회전에 의해 상기 십자형 말단부의 회전 반경 내부에 위치하는 제1 위치와 상기 십자형 말단부의 회전 반경 외부에 위치하는 제2 위치를 이동한다.
한편, 상기 걸림돌기가 상기 제1 위치로 이동되는 경우 상기 십자형 말단부와의 물리적 간섭에 의해 상기 구동축의 회전이 정지된다.
그리고 상기 위치조정부는 입력 전류의 유무 또는 방향에 따라 상기 브레이크 윙을 회전시켜, 상기 걸림돌기를 상기 제1, 2 위치들 중 어느 하나로 이동시키기 위한 솔레노이드;를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 구동축에 축결합되는 브레이크 링에 십자형의 말단부를 가지는 하나 이상의 걸림편을 형성하고, 로봇 관절에 고정된 지지 프레임의 브레이크 축을 중심으로 회전되는 브레이크 윙에 걸림돌기를 형성하여 걸림편의 십자형 말단부와의 물리적 간섭에 의해 구동축의 회전을 정지시키도록 함으로써, 작은 유격을 가지고 양방향 브레이킹이 가능한 브레이킹 장치를 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 구동축 브레이킹 장치를 구비하는 로봇 관절의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 구동축 브레이킹 장치의 구성에 대한 일실시예를 나타내는 도면들이다.
도 4는 및 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 구동축 브레이킹 장치의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 구동축 브레이킹 장치에 구비되는 브레이크 링과 브레이크 윙의 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 구동축 브레이킹 장치의 유격을 설명하기 위한 도면이다.
이하의 내용은 단지 본 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 본 발명의 원리를 구현하고 본 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시예들은 원칙적으로, 본 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명의 원리, 관점 및 실시예들 뿐 아니라 특정 실시예를 열거하는 모든 상세한 설명은 이러한 사항의 구조적 및 기능적 균등물을 포함하도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 이러한 균등물들은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 소자를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
따라서, 예를 들어, 본 명세서의 블럭도는 본 발명의 원리를 구체화하는 예시적인 회로의 개념적인 관점을 나타내는 것으로 이해되어야 한다. 이와 유사하게, 모든 흐름도, 상태 변환도, 의사 코드 등은 컴퓨터가 판독 가능한 매체에 실질적으로 나타낼 수 있고 컴퓨터 또는 프로세서가 명백히 도시되었는지 여부를 불문하고 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 수행되는 다양한 프로세스를 나타내는 것으로 이해되어야 한다.
프로세서 또는 이와 유사한 개념으로 표시된 기능 블럭을 포함하는 도면에 도시된 다양한 소자의 기능은 전용 하드웨어뿐만 아니라 적절한 소프트웨어와 관련하여 소프트웨어를 실행할 능력을 가진 하드웨어의 사용으로 제공될 수 있다. 프로세서에 의해 제공될 때, 상기 기능은 단일 전용 프로세서, 단일 공유 프로세서 또는 복수의 개별적 프로세서에 의해 제공될 수 있고, 이들 중 일부는 공유될 수 있다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 구동축 브레이킹 장치를 구비하는 로봇 관절의 구성을 사시도로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 브레이킹 장치(100)는 로봇의 관절(10) 내부에서 감속기 및 엔코더와 함께 모터의 구동축(15)에 축결합되어, 모터 정지시 정확한 위치에서 관절(10)의 회전이 멈춰 유지될 수 있도록 하기 위한 장치일 수 있다.
예를 들어, 관절(10)은 협동 로봇, 산업용 로봇, 휴머노이드 로봇, 로봇 매니퓰레이터(manipulator) 등 다양한 로봇에 구비될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 로봇 이외 다양한 장치의 구동축에 축결합되는 브레이크 메커니즘으로 이용될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 로봇 관절(10)은, 하우징(11)의 내부에 구동축(15) 및 그와 축결합되는 브레이킹 장치(100)가 구비될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 로봇 관절(10)의 구동축(15)에 축결합되는 브레이크 링에 십자형의 말단부를 가지는 하나 이상의 걸림편을 형성하고, 로봇 관절(10)에 고정된 지지 프레임의 브레이크 축을 중심으로 회전되는 브레이크 윙에 걸림돌기를 형성하여 걸림편의 십자형 말단부와의 물리적 간섭에 의해 구동축의 회전을 정지시키도록 함으로써, 작은 유격을 가지고 양방향 브레이킹이 가능한 브레이킹 장치를 구현할 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 6을 참조하여, 본 발명에 따른 구동축 브레이킹 장치(100)의 구성 및 동작에 대한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 구동축 브레이킹 장치의 구성에 대한 일실시예를 도시한 것으로, 브레이킹 장치(100)는 브레이크 링(110), 지지 프레임(120), 브레이크 윙(130), 위치조정부(140) 및 탄성부재(150)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 브레이크 링(110)은 구동축(15)에 결합되어 구동축(15)의 회전에 따라 회전하며, 십자형의 말단부를 가지는 하나 이상의 걸림편(115)이 형성될 수 있다.
예를 들어, 브레이크 링(100)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 구동축(15)과 축결합된 몸체로부터 방사형으로 돌출된 4개의 걸림편들(115)을 포함하며, 걸림편(115) 각각의 말단부는 십자형태와 유사한 형상을 가질 수 있다.
지지 프레임(120)은 로봇 관절(10)의 내부에 고정되며, 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이 로봇 관절(10)의 하우징(11)에 별도의 연결부재와 체결부재를 이용해 결합되어 고정될 수 있다.
한편, 브레이크 윙(130)은 지지 프레임(120)에 형성된 브레이크 축(125)을 중심으로 회전 가능하며, 브레이크 링(110)에 형성된 걸림편(115)의 십자형 말단부와의 물리적 간섭에 의해 구동축(15)의 회전을 정지시키기 위한 걸림돌기(135)가 형성될 수 있다.
위치조정부(140)는 브레이크 윙(130)을 회전시키며, 브레이크 윙(130)의 회전에 따라 걸림돌기(135)가 이동되어 브레이크 링(110)에 형성된 걸림편(115)의 십자형 말단부와의 물리적 간섭이 조정될 수 있다.
예를 들어, 브레이크 윙(130)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 브레이킹 장치(100)의 양측에 각각 하나씩 구비되고, 각각의 브레이크 윙(130)은 브레이킹 장치(100)의 양측에 각각 구비된 위치조정부(140)에 의해 회전될 수 있다.
한편, 걸림돌기(135)는, 위치조정부(140)에 의한 브레이크 윙(130)의 회전에 따라 브레이크 링(110)에 형성된 걸림편(115)의 십자형 말단부 회전 반경 내부에 위치하는 제1 위치와 십자형 말단부 회전 반경 외부에 위치하는 제2 위치 사이를 이동할 수 있다.
걸림돌기(135)가 제1 위치로 이동되는 경우 브레이크 링(110)에 형성된 걸림편(115)의 십자형 말단부와의 물리적 간섭에 의해 구동축(15)의 회전이 정지되며, 걸림돌기(135)가 제2 위치로 이동되는 경우 십자형 말단부와의 물리적 간섭이 발생하지 않아 구동축(15)의 회전에 영향을 미치지 않을 수 있다.
여기서, 위치조정부(140)는, 입력 전류의 유무 또는 방향에 따라 브레이크 윙(130)을 회전시켜 걸림돌기(135)를 제1, 2 위치들 중 어느 하나로 이동시키기 위한 솔레노이드를 포함하여 구성될 수 있다.
이 경우, 본 발명의 일실시예에 따른 브레이킹 장치(100)에는, 솔레노이드로의 입력 전류를 제어하기 위한 제어부(미도시)가 더 포함될 수 있다.
또한, 탄성부재(150)는 브레이크 윙(130)의 회전에 탄성력을 가하는 역할을 할 수 있다.
예를 들어, 탄성부재(150)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 일단이 브레이크 윙(130) 측에 고정되고 타단이 지지 프레임(120) 측에 고정된 스프링으로 구성될 수 있다.
도 4는 및 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 구동축 브레이킹 장치의 동작을 설명하기 위해 도시한 것으로, 도시된 브레이킹 장치(100)의 동작들 중 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 것과 동일한 것에 대한 설명은 이하 생략하기로 한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 브레이크 윙(130)은 일측이 지지 프레임(120)의 브레이크 축(125)에 연결되고 타측의 접촉부(137)가 솔레노이드에 의해 이동되는 이동부재(145)와 접촉되며, 일측과 타측 사이에 걸림돌기(135)가 형성된 구조를 가질 수 있다.
도 4는 브레이크 링(110)에 형성된 걸림편(115)의 십자형 말단부와 브레이크 윙(130)의 걸림돌기(135)가 서로 물리적 간섭을 일으키지 않는 경우를 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 위치조정부(140)에 구비된 솔레노이드가 온(ON) 되면, 이동부재(145)가 브레이크 윙(130) 방향으로 이동되어 그와 접촉된 브레이크 윙(130)의 접촉부(137)를 밀어 브레이크 윙(130)을 회전시킬 수 있다.
상기한 바와 같이 브레이크 윙(130)이 회전되면, 걸림돌기(135)가 브레이크 링(110)에 형성된 걸림편(115)의 십자형 말단부 회전 반경(R) 밖으로 이동되며, 그에 따라 브레이크 윙(130)은 브레이크 링(110)의 회전에 간섭하지 않게 되어 구동축(15)이 자유롭게 회전할 수 있다.
한편, 브레이크 윙(130)의 회전에 의해, 브레이크 윙(130)에 연결된 탄성부재인 토션 스프링이 감겨 탄성력을 가지게 될 수 있다.
도 5는 브레이크 링(110)에 형성된 걸림편(115)의 십자형 말단부와 브레이크 윙(130)의 걸림돌기(135)가 서로 물리적 간섭을 일으키는 경우를 도시한 것이다.
한편, 도 5를 참조하면, 위치조정부(140)에 구비된 솔레노이드가 오프(OFF) 되면, 브레이크 윙(130)에 연결된 토션 스프링의 탄성력에 의해 브레이크 윙(130)이 회전하여 원위치로 복귀될 수 있다.
상기한 바와 같이 브레이크 윙(130)이 회전되어 복귀되면, 걸림돌기(135)가 브레이크 링(110)에 형성된 걸림편(115)의 십자형 말단부 회전 반경(R) 안으로 이동되며, 그에 따라 브레이크 윙(130)은 브레이크 링(110)의 회전에 간섭하게 되어 구동축(15)의 회전이 정지될 수 있다.
한편, 솔레노이드는 위치조정부(140)의 내부에 매립되어 전류의 인가 여부에 따라 어느 한 방향의 자속을 배가 또는 감쇄시킬 수 있다.
예를 들어, 솔레노이드 내부에 구비되는 영구자석과 코일의 배치에 따라 어느 한 방향으로 형성되는 자속이 배가되거나 다른 한 방향으로 형성되는 자속이 감쇄되어, 상기한 바와 같이 이동부재(145)를 이동시켜 브레이크 윙(130)이 회전되도록 할 수 있다.
한편, 위치조정부(140)에 래치타입 솔레노이드가 구비되는 경우, 모터가 구동되거나 제동될 때 한 번의 전류 인가만으로 자속의 변화가 유지되기 때문에 계속적인 전류 인가가 필요치 않을 수 있다.
상기에서는 위치조정부(140)에 구비된 솔레노이드가 온(ON) 되는 경우 브레이크 링(110)와 브레이크 윙(130) 사이의 물리적 간섭이 해제되고 솔레노이드가 오프(OFF) 되는 경우 브레이크 링(110)와 브레이크 윙(130) 사이의 물리적 간섭이 발생하여 구동축(15)의 회전이 정지되는 것을 예로 들어 본 발명의 일실시예를 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 브레이크 윙(130)은 그 이외에 다양한 방식에 의해 회전되어 브레이크 링(110)과의 물리적 간섭이 조정될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이 브레이크 링(110)에 형성된 걸림편(115)의 십자형 말단부와 브레이크 윙(130)의 걸림돌기(135) 사이의 물리적 간섭에 의해 구동축(15)의 회전이 정지되면, 구동축(15)의 양방향 회전이 모두 정지된 상태로 유지될 수 있다.
도 6을 참조하면, 브레이크 윙(130)에는 십자형태의 4개의 걸림돌기(115)가 구비되어, 회전하는 구동축(15)의 위치 및 회전 방향에 관계없이 최대 45도 내에서 브레이크가 잠길 수 있다.
예를 들어, 시계방향으로 구동축(15)이 회전하고 있을 때 십자형태의 걸림돌기(115) 사이에 브레이크 윙(130)이 위치하는 순간 솔레노이드가 오프되어, 브레이크 윙이 회전반경 안에 들어오는 경우에는 오른쪽에 브레이크 윙(130)이 걸림돌기(115)에 걸릴 때까지는 좌측의 브레이크 윙은 걸림돌기(135)가 밀어내어 회전하고 최대 45도 내의 각도로 회전되어 브레이크가 잠길 수 있다.
브레이크 윙(130)에 형성된 걸림돌기(135)의 볼록한 부분이 브레이크 링(110)에 형성된 걸림편(115) 십자형 말단부의 오목한 부분에 맞닿아 걸리게 되는 경우, 브레이크 링(110)의 시계 방향 회전과 반시계 방향 회전이 모두 방지될 수 있다.
그를 위해, 브레이크 윙(130)에 형성된 걸림돌기(135)의 크기, 형상, 각도 등과, 브레이크 링(110)에 형성된 걸림편(115) 십자형 말단부의 크기, 형상, 각도 등은, 도 6에 도시된 바와 같이 서로 맞추어 설정되는 것이 바람직하다.
예를 들어, 브레이크 링(110)에 형성된 걸림편(115) 십자형 말단부의 오목한 부분과 브레이크윙이 접촉하는 부분의 각도는 접촉부위에서 최외각에 접선방향을 기준으로 90도보다 작게 구성되며, 그에 따라 구동축(15)이 회전하더라도 브레이크 윙(130)과 걸림편(115)이 만났을 때 구동축(15)의 회전력에 의해서 브레이크 윙(130)이 밖으로 밀려 빠져나가지 않고 걸림편(115) 쪽으로 더 들어오는 힘을 받아 브레이크 윙(130)이 걸림편(115)에서 빠지지 않을 수 있다.
한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 브레이킹 장치(100)는 브레이크 링(110)에 형성된 2개의 걸림편들(115, 116)에 각각 대응되도록 양측에 2개의 브레이크 윙들(130, 131)이 구비되며, 2개의 브레이크 윙들(130, 131)에 각각 형성된 2개의 걸림돌기들(135, 136)이 각각 걸림편들(115, 116)의 회전반경 내인 제1 위치로 이동되어, 브레이크 링(110)이 축결합된 구동축(15)의 회전이 정지될 수 있다.
이 경우, 본 발명에 일실시예에 따른 브레이킹 장치(100)는 걸림돌기들(135, 136)의 위치에 상응하는 양방향 브레이킹 유격을 가질 수 있다.
즉, 브레이크 윙(130, 131)이 장착되는 위치는, 브레이크 링(110)의 두 걸림편들(115, 116)이 9시, 3시 방향으로 정렬된 상태에서, 각각의 걸림돌기들(135, 136)이 걸림편(115, 116)과 맞닿는 위치보다 약간 높게 위치하도록 설정될 수 있다.
그에 따라, 브레이크 링(110)은 시계방향으로 일정 각도(α1) 만큼 회전 가능한 유격으로 가지며, 시계 반대방향으로도 일정 각도(α1) 만큼 회전 가능한 유격으로 가져, 일정 각도(α1)의 2배에 해당하는 각도(α2) 만큼 양방향으로 유격을 가질 수 있다.
예를 들어, 브레이크 링(110)은 시계방향 및 반시계방향으로 각각 약 0.6도의 회전 가능한 유격으로 가져, 약 1.2도의 양방향 유격을 가질 수 있으며, 그를 위해 해당 유격 각도에 상응하도록 브레이크 윙(130, 131) 또는 걸림돌기들(135, 136)의 위치가 정해질 수 있다.
한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 탄성부재(150)인 토션 스프링의 일단은 브레이크 윙(130)의 걸림돌기(135) 부분에 형성된 삽입공을 통과하여 절곡된 상태로 고정될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.
[부호의 설명]
10 : 로봇 관절 11 : 관절 하우징
15 : 구동측 100 : 브레이킹 장치
110 : 브레이크 링 115 : 걸림편
120 : 지지 프레임 125 : 브레이크 축
130 : 브레이크 윙 135 : 걸림돌기
137 : 접촉부 140 : 위치조정부
145 : 이동부재 150 : 탄성부재

Claims (8)

  1. 로봇 관절에 사용되는 구동축을 위한 브레이킹 장치에 있어서,
    구동축에 결합되어 상기 구동축의 회전에 따라 회전하며, 십자형의 말단부를 가지는 하나 이상의 걸림편이 형성된 브레이크 링;
    로봇 관절의 내부에 고정되는 지지 프레임;
    상기 지지 프레임에 형성된 브레이크 축을 중심으로 회전 가능하며, 상기 브레이크 링에 형성된 걸림편의 십자형 말단부와의 물리적 간섭에 의해 상기 구동축의 회전을 정지시키기 위한 걸림돌기가 형성된 브레이크 윙;
    상기 브레이크 윙을 회전시켜 상기 걸림돌기의 위치를 이동시키기 위한 위치 조정부; 및
    상기 브레이크 윙의 회전에 탄성력을 가하기 위한 탄성부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 구동축 브레이킹 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 브레이크 링은
    상기 구동축과 축결합된 몸체로부터 방사형으로 돌출된 복수의 상기 걸림편들을 포함하는 것을 특징으로 하는 구동축 브레이킹 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 걸림돌기는
    상기 브레이크 윙의 회전에 의해 상기 십자형 말단부의 회전 반경 내부에 위치하는 제1 위치와 상기 십자형 말단부의 회전 반경 외부에 위치하는 제2 위치를 이동하며,
    상기 걸림돌기가 상기 제1 위치로 이동되는 경우 상기 십자형 말단부와의 물리적 간섭에 의해 상기 구동축의 회전이 정지되는 것을 특징으로 하는 구동축 브레이킹 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 브레이크 링에 형성된 2개의 상기 걸림편들에 각각 대응되도록 양측에 2개의 상기 브레이크 윙들이 구비되며,
    상기 2개의 브레이크 윙들에 각각 형성된 2개의 상기 걸림돌기들이 각각 상기 제1 위치로 이동되어, 상기 걸림돌기들의 위치에 상응하는 양방향 브레이킹 유격을 가지는 것을 특징으로 하는 구동축 브레이킹 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 위치조정부는
    입력 전류의 유무 또는 방향에 따라 상기 브레이크 윙을 회전시켜, 상기 걸림돌기를 상기 제1, 2 위치들 중 어느 하나로 이동시키기 위한 솔레노이드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 구동축 브레이킹 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 브레이크 윙은
    일측이 상기 브레이크 축에 연결되고 타측이 상기 솔레노이드에 의해 이동되는 이동부재와 접촉되며, 상기 일측과 상기 타측 사이에 상기 걸림돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 구동축 브레이킹 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 솔레노이드로의 입력 전류를 제어하기 위한 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구동축 브레이킹 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 탄성부재는
    일단이 상기 브레이크 윙 측에 고정되고 타단이 상기 지지 프레임 측에 고정된 스프링으로 구성되는 것을 특징으로 하는 구동축 브레이킹 장치.
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