WO2022139033A1

WO2022139033A1 - 양단지지형 액추에이터 모듈

Info

Publication number: WO2022139033A1
Application number: PCT/KR2020/019052
Authority: WO
Inventors: 장성탁
Original assignee: 주식회사 다성기술
Priority date: 2020-12-24
Filing date: 2020-12-24
Publication date: 2022-06-30
Also published as: KR20220091722A

Abstract

양단지지형 액추에이터 모듈이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 양단지지형 액추에이터 모듈은, 내부에 수납 공간을 형성하는 하우징, 다른 모듈에 포함된 한 쌍의 브라켓으로서, 각각 상기 하우징에 대해 회전가능하도록 상기 하우징의 양단에 마련되는 한 쌍의 브라켓, 상기 하우징 내에 마련되고, 내부에 모터 및 감속기가 직렬로 배치되는 동력부 및 상기 하우징 내에서, 상기 동력부와 직렬로 배치되되, 상기 동력부의 동력전달축의 타측으로 마련되어 상기 동력전달축의 회전 각도를 검출하는 회전각 센서부를 포함한다.

Description

양단지지형 액추에이터 모듈

본 발명은 액추에이터 모듈에 관한 것이다. 더 자세하게는, 액추에이터 모듈의 하우징의 양단을 지지하는 한 쌍의 브라켓 중 하나가 동력부에 의해 회전되면, 다른 하나의 브라켓이 같이 회전되는 구조의 액추에이터 모듈에 관한 것이다.

로봇 시장은 제조업의 생산성 경쟁 심화, 안전 이슈, 저출산 및 고령화 심화 등으로 급부상하고 있다. 개인 서비스용 로봇 분야 뿐아니라, 교육 및 연구용 로봇 시장도 급격히 증가하는 추세이다.

로봇은 일반적으로 다관절 구조를 가지고 있으며, 각각의 관절은 액추에이터 모듈로 구성된다. 종래에는 각각의 관절 액추에이터 모듈을 연결하기 위해 전원 및 신호선을 외부로 처리하여 회전 및 직선 운동으로 전선 꼬임 현상이 발생하고, 충격 및 마찰로 인해 전선이 손상되는 문제점이 있었다. 뿐만 아니라, 외부 배선으로 인해 로봇의 외관이 산만해지며 디자인이 나쁜 문제가 있었다.

또한, 액추에이터 모듈이 단일 지지 형태로 연결이 되어 사용시간이 증가함에 따라 강성이 저하되는 문제가 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 양단 지지형 액추에이터 모듈을 사용함으로써, 큰 하중에 사용이 가능하고 오랜 시간 사용에도 강성이 저하되는 것을 방지할 수 있으며, 안정적인 구조적 성능을 보장하는 양단지지형 액추에이터 모듈을 제공하고자 한다.

또한, 회전각 센서부를 액추에이터의 동력축의 반대측으로 배치하여 실제 다관절 액추에이터 간의 회전각도를 정확하게 검출할 수 있는 양단지지형 액추에이터 모듈을 제공하고자 한다.

또한, 액추에이터 모듈 내부의 공간을 효율적으로 사용할 수 있는 양단지지형 액추에이터 모듈을 제공하고자 한다.

또한, 내부 배선을 이용하여 외부 환경과의 간섭을 최소화하고 배선의 꼬임 및 단선을 방지하여 동작에 제한이 없는 양단지지형 액추에이터 모듈을 제공하고자 한다.

본 발명의 해결 과제들은 이상에서 언급한 내용으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 양단지지형 액추에이터 모듈은, 내부에 수납 공간을 형성하는 하우징; 다른 모듈에 연결되는 한 쌍의 브라켓으로서, 각각 상기 하우징에 대해 회전가능하도록 상기 하우징의 양단에 마련되는 한 쌍의 브라켓; 상기 하우징 내에 마련되고, 내부에 모터 및 감속기가 직렬로 배치되는 동력부; 및 상기 하우징 내에서, 상기 동력부와 직렬로 배치되되, 상기 동력부의 동력전달축의 타측으로 마련되어 상기 동력전달측의 회전 각도를 검출하는 회전각 센서부;를 포함하고, 상기 회전각 센서부는, 상기 동력전달축에 연결된 상기 어느 하나의 브라켓에 의해 상기 다른 모듈을 회전시킬 때 상기 다른 하나의 브라켓의 회전하는 각도를 검출함으로써, 상기 동력전달축의 회전각도를 산출할 수 있다.

또한, 상기 하우징은, 상기 모터와 상기 감속기를 수납하도록 외형이 곡면 형상인 제1 부분; 및 상기 제1 부분과 연장형성되어 내부에 상기 모터를 제어하기 위한 컨트롤러가 배치되는 제2 부분을 포함할 수 있다.

또한, 상기 모터를 제어하기 위한 컨트롤러를 더 포함하고, 상기 컨트롤러는, 상기 하우징 내부에 상기 하우징의 길이방향과 수평이 되도록 마련되는 제1 PCB; 및 상기 제1 PCB로부터 수직방향으로 결합되되, 상기 동력전달축의 타측으로 상기 회전각 센서부가 배치되는 제2 PCB를 포함할 수 있다.

또한, 상기 회전각 센서부는, 상기 하우징 내에서 상기 동력전달축의 타측에 마련되는 센서 칩; 및 상기 센서 칩과 대면하도록 상기 동력전달축의 타측에 마련된 상기 브라켓에 배치되는 자력부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 회전각 센서부가 배치되는 측의 상기 브라켓에는 상기 브라켓의 회전중심축선을 따라 상기 다른 모듈로 전력 또는 신호를 공급하기 위한 케이블이 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 양단지지형 액추에이터 모듈은, 큰 하중에 사용이 가능하고 오랜 시간 사용에도 강성이 저하되는 것을 방지할 수 있으며, 안정적인 구조적 성능을 보장할 수 있다.

또한, 회전각 센서부를 동력축의 반대측으로 배치하여 액추에이터 모듈 내부의 공간을 효율적으로 사용할 수 있다.

또한, 회전각 센서부를 액추에이터의 동력축의 반대측으로 배치하여 실제 다관절 액추에이터 간의 회전각도를 정확하게 검출할 수 있다.

또한, 내부 배선을 이용하여 외부 환경과의 간섭을 최소화하고 배선의 꼬임 및 단선을 방지하여 동작에 제한을 없앨 수 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 내용으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 모듈이 결합된 양단지지형 액추에이터 모듈의 사시도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양단지지형 액추에이터 모듈의 분해도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예가 상세하게 설명된다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고, 도면에서 본 발명의 실시예를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략되었다.

본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.

본 명세서에서, "포함하다", "가지다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 나타나는 구성부들은 서로 다른 특징적인 기능들을 나타내기 위해 독립적으로 도시되는 것으로, 각 구성부들이 분리된 하드웨어나 하나의 소프트웨어 구성단위로 이루어짐을 의미하지 않는다. 즉, 각 구성부는 설명의 편의상 각각의 구성부로 나열하여 기술되고, 각 구성부 중 적어도 두 개의 구성부가 합쳐져 하나의 구성부로 이루어지거나, 하나의 구성부가 복수 개의 구성부로 나뉘어져 기능을 수행할 수 있다. 이러한 각 구성부의 통합된 실시예 및 분리된 실시예도 본 발명의 본질에서 벗어나지 않는 한 본 발명의 권리 범위에 포함된다.

또한, 이하의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 보다 명확하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 모듈이 결합된 양단지지형 액추에이터 모듈의 사시도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양단지지형 액추에이터 모듈의 분해도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 양단지지형 액추에이터 모듈(100)은 다른 모듈(10)과 결합하여 다른 모듈(10)을 회전시키기 위한 것으로서, 하우징(110), 한 쌍의 브라켓(120a, 120b), 동력부(130), 회전각 센서부(140), 컨트롤러(150) 및 지지부(160)를 포함할 수 있다.

여기서, 다른 모듈(10)은 본 발명의 양단지지형 액추에이터 모듈(100)과 유사한 또 다른 모듈일 수 있거나, 액추에이터가 포함되지 않은 일반적인 로봇 팔 또는 로봇 다리와 같은 구조체일 수 있다. 본 실시예에서, 특별히 언급하지 않은 한, 다른 모듈(10)은 액추에이터가 포함된 모듈일 수 있다.

본 실시예에서, 하우징(110)은 내부에 수납 공간을 가지도록 형성될 수 있다. 자세하게는, 하우징(110)은 제1 부분(111)과 제2 부분(112)으로 형성되며, 제1 부분(111)은 동력부(130) 및 회전각 센서(140)를 수납하도록 외형이 만곡진 곡면으로 형성되며, 제2 부분(112)은 제1 부분(111)에서 연장형성되어 내부에 동력부(130)를 제어하기 위한 컨트롤러(150)가 배치되도록 형성될 수 있다. 하우징(110)의 밑면은 조립의 용이성을 위해 개방되어 있을 수 있으며, 조립 완료 후 하우징 내부 구성을 보호하기 위해 커버(113)로 폐쇄될 수 있다.

한 쌍의 브라켓(120a, 120b)은 동력부(130)의 동력을 다른 모듈(10)로 전달하기 위한 것으로서, 하우징(110) 양단에 각각 하나씩 마련되는 제1 브라켓(120a) 및 제2 브라켓(120b)을 포함할 수 있다. 한 쌍의 브라켓(120a, 120b)은 하우징(110)에 대해 회전이 가능하다.

동력부(130)는 다른 모듈(10)을 회전시키기 위한 동력을 생산하기 위한 것으로서, 모터(131) 및 감속기(132)를 포함할 수 있다. 모터(131) 및 감속기(132)는 하우징(110) 내부에서 직렬로 배치될 수 있다. 예컨대, 모터(131)는 BLDC모터일 수 있다.

브라켓(120a, 120b)의 동작에 대해 설명하면, 본 실시예에서, 동력전달축(133)은 제1 브라켓(120a)과 결합될 수 있다. 제1 브라켓(120a)과 제2 브라켓(120b)은 다른 모듈(10)를 통해 서로 물리적으로 결합되어 일체로 동작할 수 있다. 이와 같은 동력전달 구조는 동력전달축(133)과 직접적으로 결합된 제1 브라켓(120a)만 회전시킴으로써, 동력전달축(133)과 연결되어 있지 않은 제2 브라켓(120b)을 같이 회전시킬 수 있다.

또한, 다른 모듈(10)을 브라켓(120a, 120b)이 양단에서 지지하는 방식을 이용함으로써, 모듈 간의 결합에서 구조적 안정성을 향상시킬 수 있다.

회전각 센서부(140)는 동력전달축(133)의 회전 각도를 검출하기 위해 마련된 것으로서, 하우징(110) 내부에서 동력전달축(133)의 반대편에 위치하고, 동력부(130)와는 직렬로 배치될 수 있다. 회전각 센서부(140)는 센서 칩(141), 자력부(142) 및 자력부 지지부재(143)를 포함할 수 있다. 회전각 센서부(140)는 센서 칩(141)을 이용하여, 센서 칩(141)과 대면하고 소정의 거리를 가지며 위치하는 자력부(142)의 회전에 따른 자력의 변화를 기초로 회전각을 검출할 수 있다.

본 실시예에서, 자력부 지지부재(143)는 제2 브라켓(120b)과 결합될 수 있으며, 자력부(142)는 자력부 지지부재(143)와 결합할 수 있다. 따라서 제2 브라켓(120b)이 회전하면, 자력부 지지부재(143) 및 자력부(142)가 제2 브라켓(120b)과 일체로 회전하며, 자력부(142)의 회전에 따라 센서 칩(141)이 제2 브라켓(120b)의 회전각을 검출할 수 있다. 제2 브라켓(120b)은 다른 모듈(10)과 결합하여 제1 브라켓(120a)과 일체로 회전되므로, 제2 브라켓(120b)의 회전각은 제1 브라켓(120a)의 회전각과 같으며, 제1 브라켓(120a)의 회전각은 동력전달축(133)의 회전각과 같다. 따라서, 본 발명의 회전각 센서부(140)는 동력전달축(133)의 반대편에서 동력전달축(133)의 회전각을 검출할 수 있다. 이와 같은 구조를 통해 소형 액추에이터 모듈에도 회전각 센서부(140)를 배치할 수 있는 공간 구성이 가능하다. 또한, 실제 동력전달축(133)에 의해 다른 모듈(10)이 회전한 각도를 정확하게 검출할 수 있다.

컨트롤러(150)는 동력부(130)를 제어하고, 동력전달축(133)의 회전 각도를 검출하기 위해 마련된 것으로서, 제1 PCB(Printed Circuit Board; 151) 및 제2 PCB(152)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 제1 PCB(151)는 하우징(110)의 제2 부분(112)에 마련될 수 있으며, 하우징(110)의 길이방향과 수평이 되도록 동력부(130) 밑에 배치될 수 있다. 제2 PCB(152)는 제1 PCB(151)로부터 수직방향으로 결합되며, 동력부(130)와 자력부(142) 사이에 배치될 수 있다. 제2 PCB(152)는 회전각 센서부(140)의 센서 칩(141)을 포함할 수 있다. 이때, 센서 칩(141)은 자력부(142)와 대면하도록 서로 동일 중심축상으로 위치할 수 있다.

지지부(160)는 개방된 하우징(110)의 일측면을 막고, 제2 브라켓(120b)을 회전가능하게 지지하기 위한 것으로서, 하우징(110)의 개방된 일측면에 삽입되도록, 하우징(110)의 제1 부분(111) 및 제2 부분(112)의 형태와 대응되는 제1 부분(161) 및 제2 부분(162)으로 형성될 수 있다. 지지부(160)의 제1 부분(161)은 하우징(110)의 제1 부분(111) 곡면에 대응되도록 일부 외면이 만곡진 형태를 가질 수 있으며, 지지부(160)의 제2 부분(162)은 배선을 위한 홀(166)이 형성될 수 있다.

또한, 지지부(160)의 제1 부분(161)은 베어링(163)의 외륜이 삽입될 수 있도록 양단이 개방된 관통홀(164)이 형성되되, 관통홀(164)의 일측면은 베어링(163)이 이탈되지 않도록 베어링(163)의 면적보다 작은 면적을 가지는 개방면(165)이 형성될 수 있다. 관통홀(164)에 삽입된 베어링(163)의 내륜에는 자력부 지지부재(143)의 일측이 결합되고, 관통홀(164)의 개방면(165)에는 자력부 지지부재(143)와 결합한 자력부(142)가 위치할 수 있다. 베어링(163)의 내륜과 자력부 지지부재(143)가 결합함으로써 자력부 지지부재(143)와 결합된 제2 브라켓(120b)은 하우징(110)에 대해 회전할 수 있으며, 제2 브라켓(120b)이 회전됨에 따라, 자력부 지지부재(143), 베어링(163) 내륜, 자력부(142)가 일체로 회전할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 양단지지형 액추에이터 모듈(100)은 본 모듈(100)에서 다른 모듈(10)로 전력 또는 신호를 공급하기 위한 케이블(170)이 더 포함될 수 있다.

외부 배선 시 발생할 수 있는 케이블 꼬임 현상을 방지하기 위해, 본 발명의 케이블(170)은 모듈(100) 내부로 배선될 수 있다.

본 실시예에서, 케이블(170)은 회전각 센서부(140)가 배치되는 제2 브라켓(120b)측 내부로 배선될 수 있다. 이를 위해, 제2 브라켓(120b)으로부터 케이블(170)이 수직으로 배치될 수 있도록 제2 PCB(152)의 센서 칩(141) 근방으로 케이블(170) 접점(153)이 마련될 수 있다. 케이블(170)은 접점(153)으로부터 연결되어 개방면(165)를 거쳐 베어링(163)의 내륜을 통과할 수 있다. 이를 위해, 베어링(163)의 내륜에 결합되는 자력부 지지부재(143)는 일측이 절단된 형태로 형성되어 케이블(170)이 통과할 수 있는 공간을 형성할 수 있다.

베어링(163)의 내륜을 통과한 케이블(170)은 제2 브라켓(120b)의 내부에 형성되는 케이블 홀(121b)를 따라 배치되어 다른 모듈(10)과 연결됨으로써, 모듈(100)의 외부로 케이블(170)이 노출되지 않도록 배선할 수 있다. 이와 같이, 제2 PCB(152)로부터 회전각 센서부(140)측의 제2 브라켓(120b)의 회전중심축선을 따라 케이블(170)이 배치되고, 제2 브라켓(120b)부터 케이블(170)이 수직으로 꺾여 제2 브라켓(120b) 내부로 배치됨으로써, 제2 브라켓(120b)의 회전에도 케이블(170)이 꼬이지 않도록 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 양단지지형 액추에이터 모듈(100)은 회전각 센서부(140)를 동력전달축(133)의 타측으로 배치함으로써, 하우징(110) 내부의 공간을 절약할 수 있어 액추에이터 모듈(100)의 소형화가 가능하다.

또한, 모듈 간 결합에서 케이블(170)을 모듈(100) 내부로 배치하여 각 모듈을 연결함으로써, 케이블(170)을 외부 손상으로부터 보호할 수 있으며, 본 발명의 액추에이터 모듈(100)을 이용하여 제작한 로봇의 디자인을 향상시킬 수 있다.

또한, 모듈 간의 물리적 결합으로 양단지지 방식을 이용함으로써, 구조적 안정성을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.

Claims

양단지지형 액추에이터 모듈로서,

내부에 수납 공간을 형성하는 하우징;

다른 모듈에 연결되는 한 쌍의 브라켓으로서, 각각 상기 하우징에 대해 회전가능하도록 상기 하우징의 양단에 마련되는 한 쌍의 브라켓;

상기 하우징 내에 마련되고, 내부에 모터 및 감속기가 직렬로 배치되는 동력부; 및

상기 하우징 내에서, 상기 동력부와 직렬로 배치되되, 상기 동력부의 동력전달축의 타측으로 마련되어 상기 동력전달축의 회전 각도를 검출하는 회전각 센서부;를 포함하고,

상기 회전각 센서부는, 상기 동력전달축에 연결된 상기 어느 하나의 브라켓에 의해 상기 다른 모듈을 회전시킬 때 상기 다른 하나의 브라켓의 회전하는 각도를 검출함으로써, 상기 동력전달축의 회전각도를 산출하는 것인 양단지지형 액추에이터 모듈.
제1항에 있어서,

상기 모터를 제어하기 위한 컨트롤러를 더 포함하고,

상기 컨트롤러는,

상기 하우징 내부에 상기 하우징의 길이방향과 수평이 되도록 마련되는 제1 PCB; 및

상기 하우징 내부에 상기 제1 PCB로부터 수직방향으로 결합되되, 상기 동력전달축의 타측으로 상기 회전각 센서부가 배치되는 제2 PCB를 포함하는 것인 양단지지형 액추에이터 모듈.
제1항에 있어서,

상기 회전각 센서부가 배치되는 측의 상기 브라켓에는 상기 브라켓의 회전중심축선을 따라 상기 다른 모듈로 전력 또는 신호를 공급하기 위한 케이블이 배치되는 것인 양단지지형 액추에이터 모듈.