KR101284560B1 - 슬립 기어 - Google Patents

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Abstract

사이즈를 최소화하고 동축 동심으로 제기능을 수행할 수 있도록 하는 슬립 기어를 제시한다. 제시된 슬립 기어는 수납공간이 형성되고 중앙에 구멍이 형성되되 구멍의 주변으로 리브가 형성된 제 1슬립 부재, 및 제 1슬립 부재의 외경보다 작은 외경을 가지며 수납공간에 회전가능하게 수납되되 리브에 대향되는 일측면에 리브가 끼워지는 홈이 형성된 제 2슬립 부재를 포함한다. 제 1슬립 부재의 구멍과 돌출부의 구멍은 동축선상에 위치하고, 제 1슬립 부재의 구멍과 돌출부의 구멍은 동심으로 회전한다. 제 1슬립 부재에 리브를 형성시킴에 의해 제 1슬립 부재의 구멍과 돌출부의 구멍이 동축 동심을 유지하게 된다. 이에 의해, 진동 발생을 감소시키고, 힘전달(즉, 회전력 전달)이 정확하게 된다. 그에 따라, 로봇에 대하여 원하는 동작을 정확하게 실행시킬 수 있게 된다. 또한, 종래의 구성에 비해 구성요소의 수를 최소화하였으므로, 사이즈를 축소시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

슬립 기어{Slip gear}
본 발명은 슬립 기어에 관한 것으로, 보다 상세하게는 설정된 값 이상의 회전구동력이 입력부로 전달되면 그 회전구동력이 출력부로 전달되지 않는 슬립 기어에 관한 것이다.
최근 2개의 다리 또는 4개의 다리를 구비한 인간 형상의 각식 로봇들이 개발되고 있다.
이러한 각식 로봇들은 다수 개의 관절을 구비하고 있다. 이러한 각식 로봇들은 회전구동력을 제공하는 구동장치로서 각종의 모터를 사용한다. 이러한 모터의 회전구동력은 다수 개의 기어를 구비한 기어박스를 통하여 각각의 관절에 전달된다.
이러한 각식 로봇은 보행시 예상치 못한 장애물과 충돌할 수도 있고, 사용자가 각식 로봇의 다리를 꺾는다든지 각식 로봇을 높은 곳에서 지면으로 떨어뜨린다든지 등 각식 로봇에 과도한 힘을 가할 수 있다. 이러한 일들은 구동장치인 모터 및 동력전달장치인 기어박스의 파손이나 고장의 원인이 된다.
따라서, 이러한 외력으로부터 로봇의 구동장치 및 동력전달장치를 안전하게 보호하기 위하여, 기어박스를 구성하는 기어의 치차를 크게 하거나 재료 강도를 높일 수도 있고, 또는 별도의 충격흡수장치를 기어박스에 삽입할 수도 있다.
그러나, 이러한 조치들로 인해 기어박스의 크기가 커지는 문제점이 있다. 또한, 기어박스의 치차를 크게 하고 재료 강도를 높이게 되면, 작동되는 로봇의 관절 사이에 사용자의 신체 일부가 압착될 경우 사용자에게 치명적인 손상을 가할 수 있는 문제점이 있다.
그에 따라, 본 출원인은 전달되는 회전구동력이 미리 설정된 한계값 이상이 되면 입력부로부터 출력부로 전달되지 않도록 하여 과도한 외력으로부터 기어박스 자체뿐만 아니라 기어박스에 연결되어 동력을 전달받는 부분의 손상을 방지하며, 전체 크기를 컴팩트하게 제작할 수 있는 슬립기어유닛을 실용신안등록받았다(등록번호 20-0441760호 참조).
등록번호 20-0441760호의 슬립기어유닛은 도 1에 도시된 바와 같이, 회전구동력을 전달받는 입력단 기어(110); 입력단 기어(110)에 대하여 회전 가능하게 입력단 기어(110)와 동축적으로 배치되는 출력단 기어(120), 및 출력단 기어(120)에 결합되며 입력단 기어(110)의 측면에 접촉되게 배치되는 마찰부재(130)를 구비하는 출력부; 입력단 기어(110)로부터 이격되게 출력부에 결합되며, 입력단 기어(110)로부터 이격된 거리가 조정될 수 있는 베이스부재(121); 베이스부재(121)와 입력단 기어(110) 사이에 배치되며 입력단 기어(110)를 마찰부재(130) 측으로 탄성 가압하는 탄성부재(140); 및 마찰부재(130)가 수용되도록 입력단 기어(110)의 측면으로부터 함몰되게 형성된 함몰부(113);를 포함한다.
도 1에 도시된 종래의 슬립기어유닛은 스프링 탄성력에 의한 클러치 토크를 제공하는 방식이다.
이러한 종래의 슬립기어유닛은 탄성부재(140)(스프링)를 사용함에 따라 기어박스의 사이즈가 커질 수 밖에 없고, 장시간에 걸친 반복사용에 의해 반복피로가 발생하게 되면 탄성부재(140)의 탄성력이 저하되어 제기능을 수행하지 못하게 된다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 사이즈를 최소화하고 동축 동심으로 동작할 수 있도록 하는 슬립 기어를 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 슬립 기어는, 수납공간이 형성되고 중앙에 구멍이 형성되되 구멍의 주변으로 리브가 형성된 제 1슬립 부재; 및 제 1슬립 부재의 외경보다 작은 외경을 가지며 수납공간에 회전가능하게 수납되되, 리브에 대향되는 일측면에 리브가 끼워지는 홈이 형성된 제 2슬립 부재;를 포함한다.
리브의 외측면은 테이퍼지게 형성된다.
제 2슬립 부재는 홈과 대응되는 타측면에 이빨이 형성된 돌출부를 갖추고 돌출부에는 소정 깊이의 구멍이 형성된다.
제 1슬립 부재의 구멍과 돌출부의 구멍은 동축선상에 위치한다.
이러한 구성의 본 발명에 따르면, 제 1슬립 부재에 리브를 형성시킴에 의해 제 1슬립 부재의 리브가 제 2슬립 부재의 홈에 끼워지게 되면 제 1슬립 부재와 제 2슬립 부재는 동축 동심을 확보하게 된다. 이에 의해, 진동 발생을 감소시키고, 힘전달(즉, 회전력 전달)이 정확하게 된다. 그에 따라, 로봇에 대하여 원하는 동작을 정확하게 실행시킬 수 있게 된다.
또한, 종래의 구성에 비해 구성요소의 수를 최소화하였으므로, 사이즈를 축소시킬 수 있는 효과가 있다.
슬립 토크의 설정이 보다 간편하게 이루어진다.
도 1은 종래 슬립기어유닛의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 슬립 기어의 분해도이다.
도 3은 도 2의 결합사시도이다.
도 4는 도 2의 결합단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예의 변형예를 나타낸 단면도이다.
본 발명의 특징은 스프링을 사용하지 않고서도 동축 동심을 구현하였다는데에 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 슬립 기어에 대하여 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니된다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 슬립 기어의 분해도이고, 도 3은 도 2의 결합사시도이며, 도 4는 도 2의 결합단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 슬립 기어(10)는 제 1슬립 부재(20)와 제 2슬립 부재(30)를 포함한다.
제 1슬립 부재(20)는 소정 두께의 원 형상으로 이루어진다. 제 1슬립 부재(20)는 제 2슬립 부재(30)를 수납할 수 있는 수납공간을 갖춘다. 제 1슬립 부재(20)의 중앙부에는 축(도시 생략)이 압입되는 구멍(20c)이 형성된다. 구멍(20c)의 주변으로는 환 형상의 리브(22)가 형성된다. 제 1슬립 부재(20)의 외주연에는 톱니 모양의 다수의 이빨(20a)이 등간격으로 형성된다. 또한, 제 1슬립 부재(20)의 수납공간의 가장자리를 따라서는 다수의 오목부(20b)가 등간격으로 형성된다.
제 2슬립 부재(30)는 제 1슬립 부재(20)의 수납공간에서 회전가능하게 수납된다. 즉, 제 2슬립 부재(30)의 외경은 제 1슬립 부재(20)의 수납공간의 직경보다 작아야 수납가능하다. 제 2슬립 부재(30)는 철(凸) 형상으로 이루어진다. 즉, 제 2슬립 부재(30)는 서로 상이한 2개의 직경을 갖는 것으로 이해하면 된다. 제 2슬립 부재(30)에서 보다 큰 직경을 갖는 베이스(32)의 외주연에는 소정 개수의 볼록부(32a)가 상호 대응되는 위치에 형성된다. 볼록부(32a)는 대략 3 ~ 5개 정도를 하나의 그룹으로 하여 베이스(32)의 외주연에 두 군데 정도 형성된다. 볼록부(32a)는 제 1슬립 부재(20)에 형성된 오목부(20b)와 접촉한다. 슬립 토크는 볼록부(32a)의 탄성 계수와 볼록부(32a)의 개수로 조정할 수 있다. 슬립 토크는 본 발명의 슬립 기어가 적용되는 서보 모듈의 스톨 토크(stall torque)의 대략 50% 정도로 하는 것이 바람직하다. 제 2슬립 부재(30)에서 돌출부(34)의 외주연에는 톱니 모양의 다수의 이빨(34a)이 등간격으로 형성된다. 특히, 제 2슬립 부재(30)의 베이스(32)에서 리브(22)에 대향되는 일측면에는 리브(22)가 끼워지는 홈(36)이 형성된다. 제 2슬립 부재(30)에서 홈(36)과 대응되는 타측면에는 이빨(34a)이 형성된 돌출부(34)가 형성된다. 여기서, 돌출부(34)의 직경은 제 1슬립 부재(20)의 직경에 비해 작다. 다시 말해서, 돌출부(34)의 직경은 제 1슬립 부재(20)의 수납공간의 직경과 거의 동일한 수준이다. 돌출부(34)에는 소정 깊이의 구멍(34b)이 형성된다.
바람직하게, 구멍(34b)은 해당 구멍에 압입되는 축(40)이 충분히 압입되어 고정될 수 있을 정도의 깊이를 가지면 된다. 따라서, 본 발명의 슬립 기어(10)의 경우에는 제 1슬립 부재(20)를 지지하는 축 및 제 2슬립 부재(30)를 지지하는 또다른 축(40)에 의해 제위치에 배치된다.
제 1슬립 부재(20)의 리브(22)가 제 2슬립 부재(30)의 홈(36)에 끼워짐에 따라 제 1슬립 부재(20)와 제 2슬립 부재(30)는 동심을 확보하게 된다. 여기서, 동심이란 제 1슬립 부재(20)와 제 2슬립 부재(30)의 회전 중심이 동일하다는 의미이다.
이와 함께, 제 1슬립 부재(20)의 구멍(20c)과 돌출부(34)의 구멍(34b)은 동축선상에 위치한다.
만약, 리브(22)를 형성시키지 않은 경우에는 장시간 사용시 제 2슬립 부재(30)의 어느 한쪽의 볼록부(32a)가 파손되거나 다른 쪽 볼록부(32a)에 비해 보다 더 마모되는 경우가 많다. 이에 의해, 제 1슬립 부재(20)에 대해 제 2슬립 부재(30)가 편심되게 회전하게 된다. 제 2슬립 부재(30)의 편심에 의해 슬립 기어(10)에서 진동이 발생된다. 이는 힘전달(즉, 회전력 전달)을 제대로 하지 못하게 된다. 이에 의해 로봇에 대하여 원하는 정확한 동작을 시킬 수 없게 된다.
따라서, 상술한 바와 같이 제 1슬립 부재(20)에 리브(22)를 형성시키게 되면, 제 1슬립 부재(20)와 제 2슬립 부재(30)는 동축 동심을 확보하게 된다. 이에 의해, 진동 발생을 감소시키고, 힘전달(즉, 회전력 전달)이 정확하게 된다. 그에 따라, 로봇에 대하여 원하는 동작을 정확하게 실행시킬 수 있게 된다. 또한, 슬립 토크의 설정이 보다 간편해진다.
도 5는 본 발명의 실시예의 변형예를 나타낸 단면도이다. 도 5의 변형예는 도 4의 구성과 거의 동일하다. 다만 차이나는 점은 리브(22)의 형상 및 홈(36)의 형상에서 차이난다.
도 5의 변형예에서는 리브(22)의 외측면을 테이퍼지게 하였다. 그리고, 이에 대응되는 홈(36)도 리브(22)가 끼워질 수 있도록 테이퍼지게 형성하였다.
도 5의 변형예는 도 4에 비해 리브(22)가 홈(36)에 보다 잘 끼워지고 밀착될 수 있도록 한다.
상술한 본 발명의 실시예 및 변형예에서는 제 2슬립 부재(30)의 경우 볼록부(32a)를 갖춘 베이스(30) 및 베이스(30)에서 돌출된 돌출부(34)를 일체로 구성된 것으로 설명하였으나, 볼록부(32a)를 갖춘 베이스(30) 및 베이스(30)에서 돌출된 돌출부(34)를 각각 별개인 것으로 하여도 무방하다. 이는 별도로 도면으로 제시하지 않더라도 동종업계에 종사하는 자라면 누구라도 쉽게 이해할 수 있다.
한편, 본 발명은 상술한 실시예 및 변형예로만 한정되는 것이 아니라 본 발명을 벗어나지 않는 범위내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 기술사상 역시 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다.
10 : 슬립 기어 20 : 제 1슬립 부재
22 : 리브 30 : 제 2슬립 부재
32 : 베이스 34 : 돌출부

Claims (4)

  1. 수납공간이 형성되고 중앙에 구멍이 형성되되 상기 구멍의 주변으로 리브가 형성된 제 1슬립 부재; 및
    상기 제 1슬립 부재의 외경보다 작은 외경을 가지며 상기 수납공간에 회전가능하게 수납되되, 상기 리브에 대향되는 일측면에 상기 리브가 끼워지는 홈이 형성된 제 2슬립 부재;를 포함하며,
    상기 제 2슬립 부재는 상기 홈과 대응되는 타측면에 이빨이 형성된 돌출부를 갖추고 상기 돌출부에는 소정 깊이의 구멍이 형성된 것을 특징으로 하는 슬립 기어.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 리브의 외측면은 테이퍼지게 형성된 것을 특징으로 하는 슬립 기어.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1슬립 부재의 구멍과 상기 돌출부의 구멍은 동축선상에 위치하는 것을 특징으로 하는 슬립 기어.
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