JP7164137B2

JP7164137B2 - 可変剛性弾性体及びこれを有するアクチュエーターモジュール

Info

Publication number: JP7164137B2
Application number: JP2021541201A
Authority: JP
Inventors: チャン、ウク; チョルナム、ヒョン; スキム、ビョン
Original assignee: Robotis Co Ltd
Current assignee: Robotis Co Ltd
Priority date: 2019-04-05
Filing date: 2019-04-05
Publication date: 2022-11-01
Anticipated expiration: 2039-04-05
Also published as: WO2020204234A1; KR20200117628A; JP2022517408A; US20220118608A1; US11745336B2; KR102216806B1

Description

本発明は可変剛性弾性体及びこれを有するアクチュエーターモジュール（ｖａｒｉａｂｌｅｓｔｉｆｆｎｅｓｓｅｌａｓｔｉｃｂｏｄｙａｎｄａｃｔｕａｔｏｒｍｏｄｕｌｅｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｓａｍｅ）に関するもので、より詳しくはトルクのサイズによって剛性が変わる可変剛性弾性体を有するアクチュエーターモジュールに関するものである。

近年、ロボットは産業用だけではなく、家庭用ロボット、ヒューマノイドロボットに至るまで使用範囲が広くなっており、よってロボット技術は急激に発展している。特に、ロボット技術に関連してロボット関節の動作のために装着するアクチュエーター（駆動装置）はロボットの核心的な部品の一つであり、その中で減速器がアクチュエーターの主な構成として使われており、代表的な例として遊星ギア式減速器、ハーモニック減速器、サイクロイド減速器などがある。

入力と出力との間に弾性部材が介在されたアクチュエーターは一般的にＳＥＡ（ＳｅｒｉｅｓＥｌａｓｔｉｃＡｃｔｕａｔｏｒ）として知られている。これは、アクチュエーターの内部に弾性部材（例えば、スプリング）を内蔵し、外部から作用する負荷に対する弾性部材の変形量によってアクチュエーターのトルクを直接的に測定することができる装置である。

図１は従来の直列弾性アクチュエーターの一例を示す図である。図１を参照すると、外部の負荷７０に対する弾性部材５０の変形量を測定するためには、一般的に回転変形量を測定するエンコーダー４０、６０が使われ、弾性部材５０の前後にそれぞれエンコーダー４０、６０を装着し、弾性部材５０の前端及び後端の変形量の差によって弾性部材５０の変形量を測定する。

近年、産業現場で協同ロボットに対する関心が高くなるのに伴い、協同ロボットの作業者の安全を保障するためには、協同ロボットの各ジョイントを構成するアクチュエーターの精密なトルク制御（力制御）が必要である。精密なトルク制御のためにはアクチュエーターの構成要素の中でトルク（力）を測定する要素の高解像度が要求される。

入力トルクの解像度を高めるためにはスプリングの変位を高精度で測定しなければならないが、測定しようとするスプリングの変位が小さいほど高解像度のセンサーが必要であり、これは費用上昇の問題に繋がり、実際製品への適用には限界がある。

したがって、低解像度のセンサーでも精密に測定する方法が必要であり、このためには大きい変位を有する低剛性のスプリングが必要である。しかし、低剛性のスプリングは高いトルクが印加される場合に永久変形又は破損を引き起こしやすい。

本発明が達成しようとする技術的課題は、低トルク領域での変位量を大きくして低解像度のセンサーでも精密に測定することができるようにしながら高トルク領域でも測定することができるのはもちろんのこと、永久変形や破損がないように可変剛性構造を有する弾性体及びこれを含むアクチュエーターモジュールを提供することである。

本発明が達成しようとする技術的課題は以上で言及した技術的課題に制限されず、言及しなかった他の技術的課題は以下の記載から本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に明らかに理解可能であろう。

前記技術的課題を達成するために、本発明の一実施例は、直列弾性アクチュエーターモジュールに使われる入力と出力を連結し、印加されたトルクによって剛性が変更される可変剛性弾性体を提供する。可変剛性弾性体は、入力側又は出力側からトルクを受ける接続部と、前記入力側及び出力側の中で前記接続部と違うように選択された一つに連結され、トルクを受け、前記接続部と一体に形成され、印加されるトルクによる変形によって前記接続部と前記スプリング部が接触することによって剛性が変更されるスプリング部とを含む。

本発明の実施例において、前記スプリング部は、入力側又は出力側と連結され、トルクを受ける中心体と、前記中心体から外側に延びる連結部と、前記連結部の外側端から前記中心体の周囲に沿って延び、前記中心体に近くなってから遠くなることを繰り返すように複数回折り曲げられ、前記接続部と一体に連結された変形部とを含むことができる。

本発明の実施例において、前記変形部は、前記中心体の半径方向に離隔して前記中心体と対向する第１円周部、及び前記第１円周部の両端からそれぞれ前記中心体側に延びる第１半径部を有する第１弾性部と、前記連結部の外側端から両側に前記中心体と対向するように延びる第２円周部、及び前記第２円周部の両端からそれぞれ前記中心体側に延び、前記中心体の付近で折り曲げられて前記第１半径部と連結される第２半径部を有する第２弾性部とを含み、前記接続部は前記第１円周部から延び、前記第１弾性部及び前記第２弾性部は前記中心体の周囲に沿って交互に形成されることができる。

本発明の実施例において、前記接続部と前記第１半径部が離隔している状態では前記トルクに対する前記スプリング部の剛性に前記第１弾性部及び前記第２弾性部が一緒に寄与し、トルクによって変形されて前記接続部と前記第１半径部が接触した状態ではトルクに対する前記スプリング部の剛性に前記第１弾性部及び前記第２弾性部の中で前記第２弾性部のみ寄与することができる。

本発明の実施例において、前記接続部は前記第１円周部の側面から前記中心体側に突出し、前記接続部の前記中心体側の端部には前記入力側又は出力側との接続のための締結ホールが形成されることができる。

本発明の実施例において、前記第１弾性部と前記第２弾性部の幅及び形状の調節によって前記第１弾性部と前記第２弾性部の弾性係数が調節され、前記第１弾性部と前記第２弾性部の弾性係数の調節によって、前記接続部と前記第１半径部が接触するトルクが設定されることができる。

本発明の実施例において、前記入力側又は出力側の軸方向に見るとき、前記第１弾性部と前記第２弾性部の幅及び形状の調節によって前記第１弾性部と前記第２弾性部の弾性係数が調節され、前記第１弾性部の前記幅が一定であるか次第に変わる形状を有し、前記第２弾性部の前記幅が一定であるか次第に変わる形状を有することができる。

本発明の実施例において、前記変形部は、前記第１弾性部と前記第２弾性部との間に位置する第３弾性部をさらに含み、前記第３弾性部は、前記第１円周部と前記第２円周部との間で前記中心体と対向する第３円周部と、前記第３円周部の両端からそれぞれ前記中心体側に延び、前記中心体に隣接して折り曲げられてそれぞれ前記第１半径部及び前記第２半径部と連結される第３半径部とを含み、前記接続部と前記第１半径部が離隔している状態では前記トルクに対する前記スプリング部の剛性に前記第１弾性部、前記第２弾性部及び前記第３弾性部が一緒に寄与し、トルクによって変形されて前記接続部と前記第１半径部が接触した状態ではトルクに対する前記スプリング部の剛性に前記第１弾性部、前記第２弾性部及び前記第３弾性部の中で前記第２弾性部及び前記第３弾性部のみ寄与し、トルクが増加して前記第３半径部と前記第１半径部が連結される部分が他の第３半径部と前記第２半径部が連結される部分と接触した状態ではトルクに対する前記スプリング部の剛性に前記第１弾性部、前記第２弾性部及び前記第３弾性部の中で前記第２弾性部のみ寄与することができる。

前記技術的課題を達成するために、本発明の他の実施例は、可変剛性弾性体を有するアクチュエーターモジュールを提供する。可変剛性弾性体を有するアクチュエーターモジュールは、モーターと、前記モーターに連結されるギアモジュールと、外部の負荷に作用する出力部と、前記ギアモジュールからの動力を前記出力部に伝達する可変剛性弾性体であって、前記ギアモジュール又は前記出力部からトルクを受ける接続部、及び前記ギアモジュール又は前記出力部の中で前記接続部と違うように選択された一つに連結され、トルクを受けるスプリング部を含み、トルクによる変形によって前記接続部と前記スプリング部が接触することによって剛性が変更される可変剛性弾性体と、前記スプリング部の変形量を感知する感知部とを含む。

本発明の実施例において、前記スプリング部は、入力側又は出力側と連結され、トルクを受ける中心体と、前記中心体から外側に延びる連結部と、前記連結部の外側端から前記中心体の周囲に沿って延び、前記中心体に近くなってから遠くなることを繰り返すように複数回折り曲げられ、前記接続部が一体に連結された変形部とを含むことができる。前記変形部は、前記接続部を挟んで前記中心体と対向する第１円周部、及び前記第１円周部の両端からそれぞれ前記中心体側に延びる第１半径部を有する第１弾性部と、前記連結部の外側端から両側に前記中心体と対向するように延びる第２円周部、及び前記第２円周部の両端からそれぞれ前記中心体側に延び、前記中心体の付近で折り曲げられて前記第１半径部と連結される第２半径部を有する第２弾性部とを含み、前記接続部は前記第１円周部から延び、前記第１弾性部及び前記第２弾性部は前記中心体の周囲に沿って交互に形成されることができる。

本発明の実施例によれば、スプリング自体の形状及び変形特性を考慮してスプリング自体の接触による剛性の変化によって低トルク領域の解像度を高め、全体トルク測定領域を増加させる可変剛性弾性体及びこれを有するアクチュエーターモジュールを提供することができる。

本発明の効果は前述した効果に限定されず、本発明の詳細な説明又は特許請求範囲に記載した発明の構成から推論可能な全ての効果を含むものと理解されなければならない。

従来の直列弾性アクチュエーターの一例を示す図である。単純に低剛性スプリングと高剛性スプリングを直列で連結した場合を説明するための図である。本発明の一実施例による可変剛性弾性体を有するアクチュエーターモジュールの挙動特性を説明するための図である。本発明の一実施例による可変剛性弾性体を有するアクチュエーターモジュールのブロック図である。本発明の一実施例による可変剛性弾性体を有するアクチュエーターモジュールの可変剛性弾性体の一例を説明するための図である。本発明の一実施例による可変剛性弾性体を有するアクチュエーターモジュールの可変剛性弾性体の他の例を説明するための図である。本発明の一実施例による可変剛性弾性体を有するアクチュエーターモジュールの可変剛性弾性体のさらに他の例を説明するための図である。

以下では添付図面に基づいて本発明を説明する。本発明は様々な形態に具現可能であり、よってここで説明する実施例に限定されるものではない。そして、図面では本発明を明確に説明するために説明に関係ない部分は省略し、明細書全般にわたって類似の部分に対しては類似の図面符号を付けた。

明細書全般で、ある部分が他の部分と“連結（接続、接触、結合）”されていると言うとき、これは“直接的に連結”されている場合だけではなく、その中間に他の部材を挟んで“間接的に連結”されている場合も含む。また、ある部分がある構成要素を“含む”というとき、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに備えることができるというのを意味する。

本発明で使用する用語はただ特定の実施例を説明するために使用するものであり、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は文脈上で明白に他に指示しない限り、複数の表現を含む。本明細書で、“含む”又は“有する”などの用語は明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品又はこれらの組合せが存在することを指定しようとするものであり、一つ又はそれ以上の他の特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品又はこれらの組合せの存在又は付加の可能性を予め排除しないものと理解しなければならない。
以下、添付図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
図２は単純に低剛性スプリングと高剛性スプリングを直列で連結した場合を説明するための図である。
図２を参照すると、直列弾性アクチュエーター（ＳＥＡ）において入力側と出力側を連結する弾性体、例えば板状のスプリングは一定の剛性を有する。

同じ性能のエンコーダーを使う場合、弾性体の剛性によって（図２で（１）番及び（２）番参照）エンコーダーが感知することができる弾性体の変形の解像度、すなわちトルク解像度とトルクを感知することができる範囲（トルクカバレージ）が変わる。しかし、一つの弾性体の剛性は一定であるので、トルク解像度及びトルクカバレージは状況による適応性なしに固定される。

一方、図２の（３）番を参照すると、直列で弾性体を連結して全体剛性を小さくしてトルク解像度を高めることはできるが、この場合、図２の下側グラフに示すように、トルクカバレージは増加しない。

また、単一の弾性体の剛性を小さくして解像度を高める方法には限界がある。すなわち、弾性体の剛性が減少するのに伴って変形量は増加するが、一定変形量以上になれば弾性体の塑性領域に到逹して永久変形が発生する。これは、弾性体２００、すなわちスプリングの破損（機能喪失）を意味する。
図３は本発明の一実施例による可変剛性弾性体２００を有するアクチュエーターモジュール１００の挙動特性を説明するための図である。

本実施例の可変剛性弾性体２００を有するアクチュエーターモジュール１００（図４参照）は、作用する荷重に対する弾性体２００の変形量（回転角）をエンコーダーで測定してトルクに換算するトルク制御方式を適用した直列弾性駆動モジュール（ｓｅｒｉｅｓｅｌａｓｔｉｃａｃｔｕａｔｏｒ、ＳＥＡ）に適用可能である。

本実施例の可変剛性弾性体２００を有するアクチュエーターモジュール１００によれば、弾性体２００自体の形状及び変形（挙動）特性により、弾性体２００の一部が弾性体２００の他の部分に接触、すなわち自己接触によって剛性が変動し、これにより低トルク領域の解像度を高め、全体トルク測定領域（トルクカバレージ）を増加又は改善させることができる。
図４は本発明の一実施例による可変剛性弾性体２００を有するアクチュエーターモジュール１００のブロック図である。

可変剛性弾性体２００を有するアクチュエーターモジュール１００（以下、アクチュエーターモジュール）は、モーター１１０、モーター１１０に連結されたギアモジュール１３０、外部の負荷に作用する出力部３００、可変剛性弾性体２００、及び感知部１５０を含むことができる。

モーター１１０の前端にギアモジュール１３０（例えば、減速ギアモジュール）が結合されることができる。可変剛性弾性体２００はギアモジュール１３０の付近に備えられ、ギアモジュール１３０から動力を受ける。可変剛性弾性体２００は略円板状の弾性体であることができる（図５参照）。

可変剛性弾性体２００の形状や構造は多様に変形可能である。また、可変剛性弾性体２００は金属素材から形成されることができるが、金属以外の素材（例えば、ゴム又はプラスチック）からも形成されることができる。
出力部３００は可変剛性弾性体２００の後端、つまり出力端に連結されることができ、外部の負荷に作用するか結合して動力を伝達することができる。

感知部１５０（例えば、エンコーダー）は、出力部３００に負荷が作用するとき、可変剛性弾性体２００の変形量（ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を感知することができる。
図５は本発明の一実施例による可変剛性弾性体２００を有するアクチュエーターモジュール１００の可変剛性弾性体２００の一例を説明するための図である。

可変剛性弾性体２００はギアモジュール１３０（入力側）からの動力を出力部３００（出力側）に伝達し、印加されたトルクによって剛性が変更されることができる。
可変剛性弾性体２００は、接続部２０１及びスプリング部２０２を含むことができる。
接続部２０１は入力側又は出力側からトルクを受けることができる。

スプリング部２０２は入力側及び出力側の中で接続部２０１と違うように選択された一つに連結されてトルクを受けることができる。スプリング部２０２と接続部２０１は一体に形成されることができる。

トルクが印加されれば、変形によって接続部２０１とスプリング部２０２が接触することができる。これにより、トルクに抵抗する可変剛性弾性体２００の剛性が変更されることができる。

本実施例では、例えばスプリング部２０２が入力側に連結され、接続部２０１が出力側に連結された場合を説明する。もちろん、これと反対に連結される場合も可能である。

図５を参照すると、スプリング部２０２は、入力側と連結され、トルクを受ける中心体２１０、中心体２１０から半径方向に外側に延びる連結部２１５、及び変形部２２０を含むことができる。

中心体２１０はギアモジュール１３０の回転軸に連結されることができる。中心体２１０は円形のリング形状を有することができ、ギアモジュール１３０との結合のための中心体締結ホール２１０１が中心体２１０に形成されることができる。

変形部２２０は連結部２１５の外側端から中心体２１０の周囲に沿って円周方向に延び、中心体２１０に対して近くなってから遠くなることを繰り返すように複数回折り曲げられた形状を有することができる。接続部２０１は変形部２２０に一体に連結されることができる。
例えば、変形部２２０は、第１弾性部２３０及び第２弾性部２５０を含むことができる。

第１弾性部２３０は、接続部２０１を挟んで中心体２１０と対向する第１円周部２３１と、第１円周部２３１の両端からそれぞれ中心体２１０側に延びた第１半径部２３５とを含むことができる。

第２弾性部２５０は、連結部２１５の外側端から両側に中心体２１０と対向するように延びる第２円周部２５１と、第２円周部２５１の両端からそれぞれ中心体２１０側に延び、中心体２１０の付近で折り曲げられて第１半径部２３５と連結される第２半径部２５５とを含むことができる。
第１弾性部２３０及び第２弾性部２５０は中心体２１０の周囲に沿って交互に形成されることができる、

接続部２０１は第１円周部２３１の側面から中心体２１０側に突出し、接続部２０１の中心体２１０側の端部には入力側又は出力側との接続のための接続部締結ホール２０１１が形成されることができる。

ギアモジュール１３０から中心体２１０に駆動力が伝達され、接続部２０１に出力側負荷が印加されれば、トルクが中心体２１０及び接続部２０１を介して変形部２２０に伝達されることができる。これにより、変形部２２０が変形されることができ、前述したように、感知部１５０が変形量を感知してトルクを算出することができる。

低トルク状態ではスプリング部２０２が変形されるが接続部２０１と第１半径部２３５が離隔している状態である。このような低トルク状態では、トルクに対するスプリング部２０２の剛性に第１弾性部２３０及び第２弾性部２５０が一緒に寄与することができる。

すなわち、第１弾性部２３０の剛性、すなわち弾性係数がＫ１、第２弾性部２５０の弾性係数がＫ２の場合、前記低トルク状態で可変剛性弾性体２００の剛性Ｋは、
１／Ｋ＝１／Ｋ１＋１／Ｋ２の式によって決定することができる。すなわち、第１弾性部２３０及び第２弾性部２５０が直列で連結されたものと同様である。
本実施例では、入力側又は出力側の軸方向に見るとき、第１弾性部２３０と第２弾性部２５０の厚さが同一であり、同じ弾性係数を有することができる。
したがって、可変剛性弾性体２００の剛性Ｋは１／Ｋ＝２／Ｋ１の式によって決定することができる。

一方、トルクが増加して変形が増加すれば、すなわち高トルク領域では接続部２０１と第１半径部２３５が接触することができる。この場合、変形部２２０に印加されるトルクは第２弾性部２５０が耐えることができる。すなわち、高トルク状態では、可変剛性弾性体２００の剛性に第１弾性部２３０及び第２弾性部２５０の中で第２弾性部２５０のみ寄与することができる。すなわち、前記高トルク状態で可変剛性弾性体２００の剛性ＫはＫ２と同一であることができる。

図５に提示した例では、入力側又は出力側の軸方向に見るとき、第１弾性部２３０と第２弾性部２５０の幅（又は厚さ）及び形状が互いに同一であり、Ｋ１＝Ｋ２であることができる。

したがって、本実施例の可変剛性弾性体２００は、図３に示したグラフで、変形量－トルク関係がｓｅｒｉｅｓ－ｓｅｌｆｃｏｎｔａｃｔのグラフに従うことになる。

すなわち、低トルク領域（接触前）では傾きが大きく、高トルク領域（接触後）では傾きが小さい。すなわち低トルク領域ではトルク解像度が相対的に大きくなる。また、高トルク領域でも感知が可能であってトルクカバレージが増加するか改善することができる。
図６は本発明の一実施例による可変剛性弾性体２００を有するアクチュエーターモジュール１００の可変剛性弾性体２００の他の例を説明するための図である。

図６に提示した可変剛性弾性体２００は、入力側又は出力側の軸方向に見るとき、第１弾性部２３０と第２弾性部２５０の幅又は厚さが互いに異なる。第１弾性部２３０の第１半径部２３５の幅又は厚さが第２弾性部２５０の第２半径部２５５の幅又は厚さより小さいから、第１弾性部２３０の剛性（Ｋ１）が第２弾性部２５０の剛性（Ｋ２）より小さい。
接触の前には、可変剛性弾性体２００の剛性Ｋは、前述したように、
１／Ｋ＝１／Ｋ１＋１／Ｋ２の式によって決定することができる。
接触の後には可変剛性弾性体２００の剛性ＫはＫ２と同一になることができる。

もちろん、本実施例と違い、入力側又は出力側の軸方向に見るとき、第１弾性部２３０の第１半径部２３５の幅又は厚さを第２弾性部２５０の第２半径部２５５の幅又は厚さより大きくして、第１弾性部２３０の剛性（Ｋ１）が第２弾性部２５０の剛性（Ｋ２）より大きくすることもできる。

このように、第１弾性部２３０と第２弾性部２５０の幅及び形状を調節して第１弾性部２３０と第２弾性部２５０の弾性係数を調節することができ、第１弾性部２３０と第２弾性部２５０の弾性係数を調節して、接続部２０１と第１半径部２３５が接触するトルクを設定することができる。

幅又は形状の調節において、入力側又は出力側の軸方向に見るとき、第１弾性部２３０と第２弾性部２５０の幅及び形状を調節して第１弾性部２３０と第２弾性部２５０の弾性係数を調節し、第１弾性部２３０の幅が一定であるか次第に変わる形状（例えば、流線形）を有するように形成することができ、第２弾性部２５０の幅が一定であるか次第に変わる形状を有するように形成することができる。

図７は本発明の一実施例による可変剛性弾性体２００を有するアクチュエーターモジュール１００の可変剛性弾性体２００のさらに他の例を説明するための図である。

図７に提示した可変剛性弾性体２００の変形部２２０は、第１弾性部２３０と第２弾性部２５０との間に位置する第３弾性部２７０をさらに含むことができる。第１弾性部２３０、第３弾性部２７０及び第２弾性部２５０の順に中心体２１０の周囲に繰り返して配列されることができる。

第３弾性部２７０は、第１円周部２３１と第２円周部２５１との間で中心体２１０と対向する第３円周部２７１と、第３円周部２７１の両端からそれぞれ中心体２１０側に延び、中心体２１０に隣接して折り曲げられてそれぞれ第１半径部２３５及び第２半径部２５５と連結される第３半径部２７５とを含むことができる。

接続部２０１と第１半径部２３５が離隔している状態、すなわち低トルク状態ではトルクに対するスプリング部２０２の剛性に第１弾性部２３０、第２弾性部２５０及び第３弾性部２７０が一緒に寄与することができる。

第３弾性部２７０の弾性係数がＫ３であるとき、低トルク状態で可変剛性弾性体２００の剛性Ｋは１／Ｋ＝１／Ｋ１＋１／Ｋ２＋１／Ｋ３の式によって決定することができる。すなわち、第１弾性部２３０、第２弾性部２５０及び第３弾性部２７０が直列で連結されたものと同様である。

トルクによって変形されて接続部２０１と第１半径部２３５が接触した状態（Ｃ１）（１次高トルク状態）ではトルクに対するスプリング部２０２の剛性に第１弾性部２３０、第２弾性部２５０及び第３弾性部２７０の中で第２弾性部２５０及び第３弾性部２７０のみ寄与することができる。
したがって、１次高トルク状態で可変剛性弾性体２００の剛性Ｋは、
１／Ｋ＝１／Ｋ２＋１／Ｋ３の式によって決定することができる。

また、トルクがさらに増加して変形がもっと増加すれば（２次高トルク状態）、第３半径部２７５と第１半径部２３５が連結される部分が他の第３半径部２７５と第２半径部２５５が連結される部分と接触することができる（Ｃ２）。この場合、トルクに対するスプリング部２０２の剛性に第２弾性部２５０のみ寄与することができる。
したがって、２次高トルク状態で可変剛性弾性体２００の剛性ＫはＫ２と同じになることができる。
本発明の実施例によれば、低トルク領域でトルク解像度を高め、全体的にトルクカバレージを増加させるか改善させることができる。

したがって、可変剛性弾性アクチュエーターモジュール１００が設置された現場で、可変剛性弾性アクチュエーターモジュール１００が敏感に反応して安全な作動をもっと保障することができる。

前述した本発明の説明は例示のためのものであり、本発明が属する技術分野の通常の知識を有する者は本発明の技術的思想や必須の特徴を変更せずに他の具体的な形態に容易に変形することができるというのが理解可能であろう。したがって、以上で記述した実施例は全ての面で例示的なものであるだけで、限定的なものではないことを理解しなければならない。例えば、単一型として説明した各構成要素は分散されて実施されることもでき、同様に分散されたものとして説明した構成要素も結合形態に実施されることができる。

本発明の範囲は後述する特許請求の範囲によって決定され、特許請求の範囲の意味及び範囲とその均等な概念から導出される全ての変更又は変形の形態は本発明の範囲に含まれるものに解釈されなければならない。

本発明の産業上利用可能性は前記発明を実施するための形態で一緒に記述された。

１００アクチュエーターモジュール
１１０モーター
１３０ギアモジュール
１５０感知部
２００可変剛性弾性体
２０１接続部
２０２スプリング部
２１０中心体
２１０１中心体締結ホール
２１５連結部
２２０変形部
２３０第１弾性部
２３１第１円周部
２３５第１半径部
２５０第２弾性部
２５１第２円周部
２５５第２半径部
３００出力部

Claims

直列弾性アクチュエーターモジュールに使われる入力と出力を連結し、印加されたトルクによって剛性が変更される可変剛性弾性体であって、
入力側又は出力側からトルクを受ける接続部と、
前記入力側及び出力側の中で前記接続部と違うように選択された一つに連結され、トルクを受け、前記接続部と一体に形成され、印加されるトルクによる変形によって前記接続部と前記スプリング部が接触することによって剛性が変更されるスプリング部とを含み、
前記スプリング部は、
入力側又は出力側と連結され、トルクを受ける中心体と、
前記中心体から外側に延びる連結部と、
前記連結部の外側端から前記中心体の周囲に沿って延び、前記中心体に近くなってから遠くなることを繰り返すように複数回折り曲げられ、前記接続部と一体に連結された変形部とを含む
ことを特徴とする、可変剛性弾性体。
前記変形部は、
前記中心体の半径方向に離隔して前記中心体と対向する第１円周部、及び前記第１円周部の両端からそれぞれ前記中心体側に延びる第１半径部を有する第１弾性部と、
前記連結部の外側端から両側に前記中心体と対向するように延びる第２円周部、及び前記第２円周部の両端からそれぞれ前記中心体側に延び、前記中心体の付近で折り曲げられて前記第１半径部と連結される第２半径部を有する第２弾性部とを含み、
前記接続部は前記第１円周部から延び、前記第１弾性部及び前記第２弾性部は前記中心体の周囲に沿って交互に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の可変剛性弾性体。
前記接続部と前記第１半径部が離隔している状態では前記トルクに対する前記スプリング部の剛性に前記第１弾性部及び前記第２弾性部が一緒に寄与し、
トルクによって変形されて前記接続部と前記第１半径部が接触した状態ではトルクに対する前記スプリング部の剛性に前記第１弾性部及び前記第２弾性部の中で前記第２弾性部のみ寄与することを特徴とする、請求項２に記載のトルクによって剛性が変更される可変剛性弾性体。
前記接続部は前記第１円周部の側面から前記中心体側に突出し、前記接続部の前記中心体側の端部には前記入力側又は出力側との接続のための締結ホールが形成されることを特徴とする、請求項２に記載のトルクによって剛性が変更される可変剛性弾性体。
前記第１弾性部と前記第２弾性部の幅及び形状の調節によって前記第１弾性部と前記第２弾性部の弾性係数が調節され、
前記第１弾性部と前記第２弾性部の弾性係数の調節によって、前記接続部と前記第１半径部が接触するトルクが設定されることを特徴とする、請求項３に記載のトルクによって剛性が変更される可変剛性弾性体。
前記入力側又は出力側の軸方向に見るとき、前記第１弾性部と前記第２弾性部の幅及び形状の調節によって前記第１弾性部と前記第２弾性部の弾性係数が調節され、
前記第１弾性部の前記幅が一定であるか次第に変わる形状を有し、
前記第２弾性部の前記幅が一定であるか次第に変わる形状を有することを特徴とする、請求項３に記載のトルクによって剛性が変更される可変剛性弾性体。
前記変形部は、
前記第１弾性部と前記第２弾性部との間に位置する第３弾性部をさらに含み、
前記第３弾性部は、
前記第１円周部と前記第２円周部との間で前記中心体と対向する第３円周部と、
前記第３円周部の両端からそれぞれ前記中心体側に延び、前記中心体に隣接して折り曲げられてそれぞれ前記第１半径部及び前記第２半径部と連結される第３半径部とを含み、
前記接続部と前記第１半径部が離隔している状態では前記トルクに対する前記スプリング部の剛性に前記第１弾性部、前記第２弾性部及び前記第３弾性部が一緒に寄与し、
トルクによって変形されて前記接続部と前記第１半径部が接触した状態ではトルクに対する前記スプリング部の剛性に前記第１弾性部、前記第２弾性部及び前記第３弾性部の中で前記第２弾性部及び前記第３弾性部のみ寄与し、
トルクが増加して前記第３半径部と前記第１半径部が連結される部分が他の第３半径部と前記第２半径部が連結される部分と接触した状態ではトルクに対する前記スプリング部の剛性に前記第１弾性部、前記第２弾性部及び前記第３弾性部の中で前記第２弾性部のみ寄与することを特徴とする、請求項３に記載のトルクによって剛性が変更される可変剛性弾性体。
可変剛性弾性体を有するアクチュエーターモジュールであって、
モーターと、
前記モーターに連結されるギアモジュールと、
外部の負荷に作用する出力部と、
前記ギアモジュールからの動力を前記出力部に伝達する可変剛性弾性体であって、前記ギアモジュール又は前記出力部からトルクを受ける接続部、及び前記ギアモジュール又は前記出力部の中で前記接続部と違うように選択された一つに連結され、トルクを受けるスプリング部を含み、トルクによる変形によって前記接続部と前記スプリング部が接触することによって剛性が変更される可変剛性弾性体と、
前記スプリング部の変形量を感知する感知部とを含み、
前記スプリング部は、
入力側又は出力側と連結され、トルクを受ける中心体と、
前記中心体から外側に延びる連結部と、
前記連結部の外側端から前記中心体の周囲に沿って延び、前記中心体に近くなってから遠くなることを繰り返すように複数回折り曲げられ、前記接続部が一体に連結された変形部とを含み、
前記変形部は、
前記接続部を挟んで前記中心体と対向する第１円周部、及び前記第１円周部の両端からそれぞれ前記中心体側に延びる第１半径部を有する第１弾性部と、
前記連結部の外側端から両側に前記中心体と対向するように延びる第２円周部、及び前記第２円周部の両端からそれぞれ前記中心体側に延び、前記中心体の付近で折り曲げられて前記第１半径部と連結される第２半径部を有する第２弾性部とを含み、
前記接続部は前記第１円周部から延び、前記第１弾性部及び前記第２弾性部は前記中心体の周囲に沿って交互に形成される
ことを特徴とする、可変剛性弾性体を有するアクチュエーターモジュール。