KR101857137B1 - 전기유압식 구동 장치 - Google Patents

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KR101857137B1
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김범수
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엘아이지넥스원 주식회사
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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 전기유압식 구동 장치는 베이스 프레임, 상기 베이스 프레임에 구비되는 기어부, 상기 베이스 프레임을 관통하여 상기 기어부에 연결되는 모터부, 상기 기어부에 연결되는 풀리부재, 상기 풀리부재에 연결되는 유압실린더부 및, 상기 풀리부재와 결합하는 구동축부를 포함하고, 상기 구동축부는 상기 모터부 또는 상기 실린더부로부터 선택적으로 회전구동력을 전달받고, 전달받은 회전구동력을 이용하여 구동대상물을 구동할 수 있다.

Description

전기유압식 구동 장치{Electro-hydraulic drive apparatus}
본 발명은 전기유압식 구동 장치에 관한 것으로서, 특히 전기 및 유압을 동력원으로 이용하는 전기유압식 구동 장치에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 구동 장치(액츄에이터)는 공압, 유압, 전기, 자기에너지 등을 공급받아서 기계적인 회전력 등으로 변환하는 장치를 말한다.
구동 장치는 동력원에 따라서 전동식, 공압식, 유압식 등으로 분류할 수 있으며, 전동식 구동 장치는 모터 또는 솔레노이드 구동에 의하여 작동하고, 공압식 구동 장치는 피스톤을 포함하는 공압실린더에 의하여 작동하며, 유압식 액츄에이터는 유압 실린더에 공급되는 유압에 의하여 작동한다.
이러한 구동 장치들은, 착용 로봇, 인간형 로봇, 매니퓰레이터 등의 다관절 구조로 구성되는 기계에 장착되어 관절 구동에 이용되고 있다.
종래의 유압식 구동 장치의 경우에는, 고토크 구동은 가능하나, 모멘트 암 구조로 힘을 전달하므로, 회전에 따라 모멘트 암의 길이에 변화가 생겨 토크가 변화하는 문제점과 외력에 대응하여 회생제동이 어려운 문제점이 있었다.
또한 종래의 전동식 구동 장치의 경우에는, 고토크 출력을 위해 고감속의 감속기를 사용하여 고감속에 따라 출력단의 고속 회전이 어려우며, 모터에 전원이 공급되지 않은 상태에서 외부에서 구동축에 힘을 가할 경우, 고감속에 따른 토크로 인해 자유로운 회전이 어려워서 클러치 또는 브레이크 구조가 요구되는 문제점이 있었다.
종래의 구동 장치의 경우 대부분 고속회전 및 고토크 구동을 동시에 만족하기 어려우며, 이를 구현하기 위해서 다양한 구성품의 결합이 필요한 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허공보 제10-0952169호
이에 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 안출된 것으로, 고속 저토크 회전구동, 저속 고토크 회전구동 및, 고속 고토크 회전구동이 가능한 전기유압식 구동 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 전기유압식 구동 장치는 베이스 프레임; 상기 베이스 프레임에 구비되는 기어부; 상기 베이스 프레임을 관통하여 상기 기어부에 연결되는 모터부; 상기 기어부에 연결되는 풀리부재; 상기 풀리부재에 연결되는 유압실린더부; 및 상기 풀리부재와 결합하는 구동축부;를 포함하고, 상기 구동축부는 상기 모터부 또는 상기 실린더부로부터 선택적으로 회전구동력을 전달받고, 전달받은 회전구동력을 이용하여 구동대상물을 구동할 수 있다.
상기 유압실린더부는, 적어도 두 개가 구비되어 한 쌍으로 구성되고, 상기 풀리부재는, 외주면에 적어도 두 개의 가이드홈이 평행하게 형성되고, 상기 한 쌍의 유압실린더부 각각은, 상기 가이드홈 각각에 위치하여 상기 풀리부재에 연결되는 와이어를 구비할 수 있다.
상기 와이어는, 상기 가이드홈에 위치하는 부분이 지그재그 형상으로 형성될 수 있다.
상기 와이어의 상기 지그재그 형상 부분은 형상 변형 및 복원이 가능한 재질로 형성될 수 있다.
상기 한 쌍의 유압실린더부 각각은, 실린더본체; 및 상기 실린더본체 내부에 직선운동 가능하게 구비되는 피스톤부;를 포함하고, 상기 와이어는, 상기 피스톤부와 상기 풀리부재를 연결할 수 있다.
상기 실린더본체는, 외측에 연결부재가 형성되고, 상기 연결부재는 고정부재에 의해 상기 베이스 프레임에 고정될 수 있다.
상기 풀리부재는 내주면에 기어 이가 형성되고, 상기 기어부는 상기 풀리부재의 내주면에 기어 연결될 수 있다.
상기 기어부는, 상기 베이스 프레임에 고정되는 캐리어; 상기 캐리어에 회전 가능하게 중심축이 연결되고, 외주가 상기 풀리부재의 내주면에 기어 연결되는 복수의 유성기어; 및 상기 복수의 유성기어의 사이에 구비되는 선기어;를 포함할 수 있다.
상기 모터부는, 상기 베이스 프레임을 관통하여 상기 선기어의 중심축에 연결되는 회전자; 및 상기 회전자를 감싸도록 형성되는 고정자;를 포함하고, 상기 회전자는 상기 고정자에 의해 생성되는 자기력으로 회전할 수 있다.
상기 베이스 프레임은, 일단이 개방된 원통부재; 및 상기 원통부재의 외주면으로부터 일 방향으로 연장형성되는 판부재;를 포함하고, 상기 모터부는, 상기 원통부재의 일단을 통해 상기 원통부재 내부에 수용되고, 상기 기어부는, 상기 상기 원통부재의 개방된 일단의 반대편 타단에 고정될 수 있다.
상기 판부재는, 양측면이 파여져 연결홈이 형성되고, 상기 실린더부의 연결부재는 상기 연결홈에 끼워져 위치하고, 고정부재에 의해 상기 판부재에 고정될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 전기유압식 구동 장치에 의하면, 전기와 유압을 동력원으로 이용하여 고속 저토크 회전구동, 저속 고토크 회전구동 및, 고속 고토크 회전구동이 가능하다.
또한, 회전, 클러치, 브레이크 동작 구현이 가능할 뿐만 아니라, 모터부를 이용한 회생제동이 가능하다.
도1은 본 발명의 실시 예에 따른 전기유압식 구동 장치의 사시도이다.
도2는 본 발명의 실시 예에 따른 전기유압식 구동 장치의 분해사시도이다.
도3은 본 발명의 실시 예에 따른 유압실린더부의 단면도이다.
도4는 본 발명의 실시 예에 따른 전기유압식 구동 장치의 유압 구동에 따른 동작 설명을 위한 제1 도면이다.
도5는 본 발명의 실시 예에 따른 전기유압식 구동 장치의 유압 구동에 따른 동작 설명을 위한 제2 도면이다.
도6은 본 발명의 실시 예에 따른 전기유압식 구동 장치의 유압 구동에 따른 동작 설명을 위한 제3 도면이다.
도7은 본 발명의 실시 예에 따른 전기유압식 구동 장치의 모터 구동에 따른 동작 설명을 위한 제1 도면이다.
도8은 본 발명의 실시 예에 따른 전기유압식 구동 장치의 모터 구동에 따른 동작 설명을 위한 제2 도면이다.
도9는 본 발명의 실시 예에 따른 전기유압식 구동 장치의 모터 구동에 따른 동작 설명을 위한 제3 도면이다.
도10은 본 발명의 실시 예에 따른 전기유압식 구동 장치의 유압 및 모터의 복합 구동에 따른 동작 설명을 위한 제1 도면이다.
도11은 본 발명의 실시 예에 따른 전기유압식 구동 장치의 유압 및 모터의 복합 구동에 따른 동작 설명을 위한 제2 도면이다.
도12는 본 발명의 실시 예에 따른 전기유압식 구동 장치의 유압 및 모터의 복합 구동에 따른 동작 설명을 위한 제3 도면이다.
도13은 본 발명의 실시 예에 따른 전기유압식 구동 장치의 사용상태도이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시 예에 한정되는 것이 아니다. 그리고 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도1은 본 발명의 실시 예에 따른 전기유압식 구동 장치의 사시도이고, 도2는 본 발명의 실시 예에 따른 전기유압식 구동 장치의 분해사시도이다.
도1 및 도2를 참고하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전기유압식 구동 장치(100)는 전기 또는 유압의 동력원을 이용하여 다양한 속도 및 토크를 가지도록 회전구동력을 생성하고, 생성된 회전구동력을 이용하여 구동대상물(예컨대, 근력지원용 링크 부재)을 구동하는 것으로서, 베이스 프레임(110), 기어부(120), 모터부(130), 풀리부재(140), 유압실린더부(150) 및 구동축부(160)를 포함할 수 있다.
기어부(120)는 베이스 프레임(110)에 구비되고, 모터부(130)는 베이스 프레임을 관통하여 기어부(120)에 연결되고, 풀리부재(140)는 기어부(120)에 연결되고, 유압실린더부(150)는 풀리부재(140)에 연결되고, 구동축부(160)는 풀리부재(140)와 결합할 수 있다.
이를 통해 구동축부(160)는 모터부(130) 또는 유압실린더부(150)로부터 선택적으로 회전구동력을 전달받고, 전달받은 회전구동력을 이용하여 구동대상물을 구동할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 전기유압식 구동 장치(100)는 전기(모터부(130))를 동력원으로 이용하여 회전구동력을 생성하거나, 유압(유압실린더부(150))을 동력원으로 이용하여 회전구동력을 생성할뿐만 아니라, 전기 및 유압을 동시에 동력원으로 이용하여 회전구동력을 생성할 수 있다. 즉 전기유압식 구동 장치(100)는 전기를 동력원으로 이용하는 경우 고속 및 저토크 회전구동이 가능하고, 유압을 동력원으로 사용하는 경우 저속 및 고토크 회전구동이 가능하며, 전기 및 유압을 동시에 동력원으로 사용하는 경우 고속 및 고토크 회전구동이 가능하다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 전기유압식 구동 장치(100)의 구성에 대해 상세 설명한다.
베이스 프레임(110)은, 전기유압식 구동 장치(100)의 구성 요소들이 정해진 위치에 구비되도록 기준을 마련해주는 것으로서, 원통부재(111)과 판부재(113)을 포함할 수 있다.
원통부재(111)는 일단이 개방될 수 있다. 원통부재(111)는 개방된 일단을 통해 모터부(130)를 내부에 수용할 수 있다. 원통부재(111)의 타단에는 기어부(120)가 고정될 수 있다.
원통부재(111)는 중심부에 관통홀(h1)이 형성될 수 있다. 원통부재(111)의 관통홀(h1)에는 모터부(130)의 모터축(131a)이 관통하여 위치할 수 있다. 여기서, 모터부(130)의 모터축(131a)은 기어부(120)에 연결된다.
원통부재(111)의 외주면의 소정부분에는 판부재(113)가 형성될 수 있다. 판부재(113)는 원통부재(111)의 외주면의 소정부분으로부터 일 방향으로 연장형성될 수 있다. 판부재(113)는 소정의 두께를 가지도록 형성될 수 있다. 판부재(113)는 양측면이 내측으로 파여져 연결홈(ch)이 형성될 수 있다. 판부재(113)의 연결홈(ch)은 판부재(113)의 길이 방향을 따라 형성될 수 있다. 판부재(113)의 연결홈(ch)에는, 유압실린더부(150)가 끼워져 위치할 수 있다. 유압실린더부(150)는 고정부재(미도시)에 의해 판부재(113)에 고정될 수 있다. 여기서, 고정부재는 판부재(113)의 일면과 유압실린더부(150)를 관통하여 연결홈(ch)을 형성하는 판부재(113)의 내부면에 나사결합하는 나사일 수 있다.
원통부재(111)의 타면에 구비되는 기어부(120)는, 모터부(130)의 회전속도를 감속하여 풀리부재(140)에 전달하는 일종의 감속기어로서, 캐리어(121), 유성기어(123), 선기어(125)를 포함할 수 있다.
캐리어(121)는 원판 형상으로 형성될 수 있다. 캐리어(121)는 중앙부에 관통홀(h2)이 형성될 수 있다. 캐리어(121)의 관통홀(h2)에는 모터부(130)의 모터축(131a)이 관통하여 위치할 수 있다.
캐리어(121)는 관통홀(h2)이 베이스 프레임(110)의 관통홀(h1)을 마주보도록 배치될 수 있다. 캐리어(121)는 일면이 베이스 프레임(110)의 타면에 고정될 수 있다. 캐리어(121)는 타면에 유성기어(123)가 구비될 수 있다.
유성기어(123)는 캐리어(121)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 유성기어(123)는 캐리어(121)의 중심점으로부터 반경방향으로 소정 거리 이격된 위치에 구비될 수 있다. 유성기어(123)는 캐리어(121)의 원주방향을 따라 대략 120도 간격마다 구비되며, 세 개로 구성될 수 있다. 세 개의 유성기어(123) 사이에는 선기어(125)가 구비될 수 있다.
선기어(125)는 유성기어(123) 각각에 기어 연결될 수 있다. 선기어(125)는 중심축이 캐리어(121)의 관통홀(h2)을 마주보도록 위치할 수 있다. 선기어(125)의 중심축에는 모터부(130)의 모터축(131a)이 연결될 수 있다.
모터부(130)는 전기 전원을 공급받고, 전기 전원을 이용하여 모터축(131a)에 회전력을 발생시키는 것으로서, 회전자(131), 고정자(133) 및 모터커버(135)를 포함할 수 있다.
회전자(131)는 자성을 띠도록 구성될 수 있다. 회전자(131)는 자기력에 의해 회전 가능하다. 회전자(131)는 베이스 프레임(110)의 원통부재(111)의 개방된 일단을 통해 원통부재(111) 내부에 수용될 수 있다. 회전자(131)는 중심부에 모터축(131a)이 형성될 수 있다. 여기서, 모터축(131a)은 원통부재(111)의 관통홀(h1)과 캐리어(121)의 관통홀(h2)을 관통하여 선기어(125)에 연결될 수 있다. 이를 통해 회전자(131)가 회전하면, 선기어(125)가 회전자(131)와 함께 회전 가능하다.
고정자(133)는 회전자(131)를 감싸도록 형성될 수 있다. 고정자(133)는 권선이 감겨져 구성될 수 있다. 고정자(133)는 원통부재(111)의 개방된 일단을 통해 내부에 수용될 수 있다. 고정자(133)는 배터리(미도시)로부터 전기 전원을 공급받을 수 있다. 고정자(133)에 전기 전원이 공급되면 자기력이 발생하며 발생된 자기력은 회전자(131)를 회전시킬 수 있다. 여기서, 배터리의 전기 전원은 별도의 모터제어부(미도시)의 제어에 의해 고정자(133)로 공급될 수 있다.
모터커버(135)는 전기자(131) 및 고정자(133)를 덮도록 형성될 수 있다. 모터커버(135)는 원통부재(111)의 일단에 결합할 수 있다. 모터커버(135)는 전기자(131) 및 고정자(133)를 보호할 수 있다.
모터커버(135)가 결합된 원통부재(111)의 일단 반대편 원통부재(111)의 타단에는 풀리부재(140)가 면접하도록 구비될 수 있다. 풀리부재(140)는 링 형상으로 형성될 수 있다. 풀리부재(140)는 내주면에 기어 이(141)가 형성될 수 있다. 풀리부재(140)는 내주면이 기어부(120)의 유성기어(123)에 기어 연결될 수 있다. 이를 통해 풀리부재(140)는 유성기어(123)에 의해 회전 가능하다.
풀리부재(140)는 외주면에 적어도 두 개의 가이드홈(143, 145)이 평행하게 형성될 수 있다. 제1 가이드홈(143)은 풀리부재(140)의 좌측(도2 기준) 외주부분에 형성되고, 제2 가이드홈(145)은 풀리부재(140)의 우측(도2 기준) 외주부분에 형성될 수 있다. 풀리부재(140)의 가이드홈(143, 145) 각각의 소정 부분에는 연결부재(147)가 형성될 수 있다. 상기한 연결부재(147)에는 실린더부(150)가 연결될 수 있다. 이를 통해 풀리부재(140)는 유압실린더부(150)에 의해 회전 가능하다. 즉, 풀리부재(140)는 기어부(120) 및 모터부(130)에 의해 회전 동작을 수행하거나, 유압실린더부(150)에 회전 동작을 수행할 수 있다. 따라서, 풀리부재(140)는, 모터부(130) 및 유압실린더부(150)의 동작에 따라 고속 저토크 회전, 저속 고토크 회전 및 고속 고토크 회전 동작을 수행할 수 있다.
유압실린더부(150)는 유압 공급 장치(미도시)로부터 유압을 공급받고, 공급받은 유압을 이용하여 풀리부재(140)를 회전 구동하는 것으로서, 적어도 두 개가 구비되어 한 쌍으로 구성될 수 있다. 한 쌍의 유압실린더부(150)는 제1 유압실린더부(151)와 제2 유압실린더부(153)를 포함하여 구성될 수 있다. 제1 유압실린더부(151)는 풀리부재(140)의 제1 가이드홈(143)과 동일 선상에 배치되고, 제2 유압실린더부(153)는 풀리부재(140)의 제2 가이드홈(145)과 동일 선상에 배치될 수 있다. 제1 유압실린더부(151)는 풀리부재(140)를 정방향(도2기준 반시계 방향) 회전 구동하는데 이용되고, 제2 유압실린더부(153)는 풀리부재(140)를 역방향(도2 기준 시계 방향) 회전 구동하는데 이용된다.
제1 유압실린더부(151)는 실린더본체(151a), 피스톤부(151b) 및 와이어(151c)를 포함할 수 있다.
실린더본체(151a)는 내부가 빈 원기둥 형상으로 형성될 수 있다. 실린더본체(151a)는 외측에 연결부재(151aa)가 형성될 수 있다. 실린더본체(151a)의 연결부재(151aa)는, 베이스 프레임(110)의 일측면에 형성되는 연결홈(ch)에 끼워져 위치할 수 있다. 실린더본체(151a)의 연결부재(151aa)는 별도의 고정부재에 의해 베이스 프레임(110)에 고정될 수 있다.
피스톤부(151b)는 실린더본체(151a) 내부에 직선운동 가능하게 구비될 수 있다. 와이어(151c)는 피스톤부(151b)와 풀리부재(140)를 연결할 수 있다. 와이어(151c)는 피스톤부(151b)의 직선운동에 따라 연동하여 풀리부재(140)를 회전 구동 가능하다.
도3을 참고하면, 실린더본체(151a)의 내부 구성을 확인 가능하다. 여기서, 피스톤부(151b)는 피스톤(151ba)과 피스톤로드(151bb)를 포함하여 구성될 수 있다.
실린더본체(151a)의 내부에는 피스톤(151ba), 피스톤로드(151bb) 및 탄성부재(sp)가 수용될 수 있다. 실린더본체(151a)는 피스톤(151ba)에 의해 내부공간이 두 개의 공간으로 구획될 수 있다. 피스톤(151ba)을 기준으로 실린더본체(151a)의 우측(도3기준) 내부공간에는 탄성부재(sp)가 수용될 수 있다. 여기서, 탄성부재(sp)는 스프링일 수 있다. 탄성부재(sp)는 피스톤(151ba)의 움직임에 따라 압축되며, 압축된 상태에서 탄성복원력을 보유할 수 있다. 탄성부재(sp)는 피스톤(151ba)에 외압이 발생하지 않는 경우, 탄성복원력을 이용하여 피스톤(151ba)을 움직일 수 있다.
피스톤(151ba)을 기준으로 실린더본체(151a)의 좌측(도3기준) 내부공간에는 유압이 공급될 수 있다. 실린더본체(151a)는 좌측 내부공간과 연통하도록 외주 소정부분에 포트(port)가 형성될 수 있다. 포트(port)는 유압이 공급되는 통로로 이용되며, 별도의 유압 공급 장치(미도시)와 연결된다.
피스톤(151ba)은 실린더본체(151a)의 내부에 직선운동이 가능하게 구비될 수 있다. 피스톤(151ba)는 실린더본체(151a)의 내경과 거의 동일한 외경을 가지도록 형성될 수 있다. 피스톤(151ba)은 외주면이 실린더본체(151a)의 내주면에 맞닿게 되어 실린더본체(151a)의 내부 공간을 상기한 바와 같이 두 개의 공간으로 구획할 수 있다.
피스톤(151ba)의 전단에는 피스톤로드(151bb)가 형성될 수 있다. 피스톤로드(151bb)는 소정 길이를 가지는 막대 형상을 형성될 수 있다. 피스톤로드(151bb)는 피스톤(151ba)의 직선운동에 따라 연동하여 직선운동할 수 있다. 피스톤로드(151bb)의 전단에는 와이어(151c)가 연결될 수 있다.
다시 도1 및 도2를 참고하면, 와이어(151c)는 풀리부재(140)를 감싸도록 후크 형상으로 형성될 수 있다. 와이어(151c)는 풀리부재(140)의 제1 가이드홈(143)에 위치하여 풀리부재(140)의 연결부재(147)에 연결될 수 있다. 와이어(151c)는 풀리부재(140)의 정방향(도2 기준 반시계 방향)회전에 이용된다.
와이어(151c)는 제1 가이드홈(143)에 위치하는 부분이 지그재그 형상으로 형성될 수 있다. 와이어(151c)는 지그재그 형상 부분이 형상 변형 및 복원이 가능한 재질로 형성될 수 있다. 와이어(151c)의 지그재그 형상 부분은 인장력에 의해 잡아 당겨지면 직선 형상으로 변형될 수 있다. 와이어(151c)의 지그재그 형상 부분은 인장력이 사라지면 형상 복원될 수 있다. 이는 모터부(130)에 의한 풀리부재(140)의 회전 동작시, 풀리부재(140)의 회전각도만큼 와이어(151c)의 지그재그 형상 부분이 직선 형상으로 변형되도록 하여 풀리부재(140)의 회전력이 유압실린더부(150)에 전달되지 않도록 한다.
제2 유압실린더부(153)는 제1 유압실린더부(151)와 거의 동일하게 구성된다. 이하, 제2 유압실린더부(153)에 대해서는, 제1 유압실린더부(151)와 차이가 있는 부분만 설명한다. 제2 유압실린더부(153)에 대해 설명되지 않은 부분은, 제1 유압실린더부(151)에 의해 설명 가능한 것이 자명하다.
제2 유압실린더부(153)는 실린더본체(153a), 피스톤부(153b), 및 와이어(153c)를 포함할 수 있다.
실린더본체(153a)는 내부가 빈 원기둥 형상으로 형성될 수 있다. 실린더본체(153a)는 외측에 연결부재(153aa)가 형성될 수 있다. 실린더본체(153a)의 연결부재(153aa)는, 제1 유압실린더부(151)의 연결부재(151aa)가 연결되는 베이스 프레임(110)의 일측면과 반대편 베이스 프레임(110)의 타측면에 형성되는 연결홈(ch)에 끼워져 위치할 수 있다. 실린더본체(153a)의 연결부재(153aa)는 별도의 고정부재에 의해 베이스 프레임(110)에 고정될 수 있다.
피스톤부(153b)는 실린더본체(153a)의 내부에 직선운동 가능하게 구비될 수 있다. 피스톤부(153b)의 전단에는 와이어(153c)가 형성될 수 있다. 제2 유압실린더부(153)의 와이어(153c)는 제1 유압실린더부(151)의 와이어(151c)와 반대방향으로 구부러져 풀리부재(140)를 감싸도록 형성될 수 있다. 와이어(153c)는 풀리부재(140)의 제2 가이드홈(145)에 위치하여 풀리부재9140)의 연결부재(147)에 연결될 수 있다. 제2 유압실린더부(153)의 와이어(153c)는 풀리부재(140)의 역방향(도2 기준 시계방향) 회전에 이용된다.
베이스 프레임(110)의 원통부재(111)에 맞닿는 풀리부재(140)의 일면과 반대편 풀리부재(140)의 타면에는 구동축부(160)가 결합될 수 있다.
구동축부(160)는 풀리부재(140)가 회전하면, 풀리부재(140)와 함께 회전한다. 구동축부(160)는 구동하고자 하는 구동 대상물이 결합되면, 구동 대상물에 회전구동력을 전달할 수 있다. 구동축부(160)는 원판부재(161)와 끼움부재(163)를 포함할 수 있다.
원판부재(161)는 외주부분이 풀리부재(140)에 결합할 수 있다. 원판부재(161)의 중앙부에는 끼움부재(163)가 돌출 형성될 수 있다. 끼움부재(163)는 구동하고자 하는 구동 대상물에 끼움 결합될 수 있다. 끼움부재(163)는 다각 형상으로 형성되어 회전동작시 구동 대상물의 슬립을 방지한다.
이하, 도4 내지 도6을 참고하여, 전기유압식 구동 장치(100)의 유압실린더부(150)에 의한 회전 동작에 대해 설명한다.
도4의(a)는 모터부(130)를 마주보는 방향에서 바라본 전기유압식 구동 장치의 평면도이다. 도4의(b)는 도4의(a)의 전기유압식 구동 장치의 좌측면도이다.
도4의(a) 및 도4의(b)에서, 전기유압식 구동 장치(100)에는 구동대상물(200)이 결합될 수 있다. 여기서, 구동대상물(200)은 사용자의 고관절에 적용되는 링크부재일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 유압실린더부(151) 및 제2 유압실린더부(153) 각각의 피스톤부(153a, 153b)는, 실린더본체(151a, 153a)에 유압이 공급되면, 실린더본체(151a, 153a)의 내부로 이동하여 준비지점(RP1)까지 직선운동이 진행된다. 이때, 제1 유압실린더부(151) 및 제2 유압실린더부(153) 각각의 와이어(151c, 153c)는 지그재그 형상 부분이 직선 형상으로 변형된 상태로 유지된다. 이후 제1 유압실린더부(151) 및 제2 유압실린더부(153) 각각의 와이어(151c, 153c)는 피스톤부(153a, 153b)의 동작에 따라 풀리부재(140)를 회전 구동 가능하다.
도5에서, 제2 유압실린더부(153)의 피스톤부(153b)는 우측방향으로 직선운동하여 실린더본체(153a)의 내부에 완전히 수용된다. 이때 제2 유압실린더부(153)의 와이어(153c)는 풀리부재(140)를 역방향(시계방향)으로 회전 구동한다. 구동축부(160)에 결합되어 풀리부재(140)와 연결되어 있는 구동대상물(200)은 풀리부재(140)와 함께 역방향으로 회전한다. 이러한 구동대상물(200)의 회전 동작은 사용자의 관절 움직임에 보조 힘을 부여할 수 있다.
도6에서, 제1 유압실린더부(151)의 피스톤부(151b)는 우측방향으로 직선운동하여 실린더본체(151a)의 내부에 완전히 수용된다. 이때 제2 유압실린더부(151)의 와이어(151c)는 풀리부재(140)를 정방향(반시계방향)으로 회전 구동한다. 구동대상물(200)은 풀리부재(140)와 함께 정방향으로 회전한다.
유압실린더부(150)는 상기한 방식으로 풀리부재(140)를 저속 고토크 회전 구동 할 수 있다.
이하, 도7 내지 도9를 참고하여, 전기유압식 구동 장치(100)의 모터부(130)에 의한 회전 동작에 대해 설명한다.
도7의(a)는 모터부(130)를 마주보는 방향에서 바라본 전기유압식 구동 장치의 평면도이다. 도7의(b)는 도7의(a)의 전기유압식 구동 장치의 좌측면도이다.
도7의(a) 및 도7의(b)에서, 제1 유압실린더부(151) 및 제2 유압실린더부(153) 각각의 피스톤부(153a, 153b)는, 실린더본체(151a, 153a)에 유압 공급이 중지되면, 와이어(151c, 153c)의 형상 복원 및 실린더본체(151a, 153a) 내부의 탄성부재(sp)에 의해 대기지점(RP2)까지 직선운동이 진행된다. 이때, 제1 유압실린더부(151) 및 제2 유압실린더부(153) 각각의 와이어(151c, 153c)는 지그재그 형상 부분이 원 상태로 유지된다.
도8에서, 모터부(130)는 별도의 모터제어부에 의해 정방향(반시계방향)으로 회전한다. 이때 풀리부재(140)는 기어부(120)에 의해 모터부(130)의 회전 방향과 반대인 역방향(시계방향)으로 회전한다. 구동축부(160)에 결합되어 풀리부재(140)와 연결되어 있는 구동대상물(200)은 풀리부재(140)와 함께 역방향으로 회전한다. 여기서, 와이어(151c, 153c) 각각은 풀리부재(140)의 가이드홈(143, 145) 내에서 형상 변형이 이루어져, 풀리부재(140)의 회전력이 피스톤부(151b, 153b)에 전달되지 않도록 한다.
도9에서, 모터부(130)는 역방향(시계방향)으로 회전한다. 이때 풀리부재(140)는 기어부(120)에 의해 모터부(130)의 회전 방향과 반대인 정방향(반시계방향)으로 회전한다. 구동대상물(200)은 풀리부재(140)와 함께 정방향으로 회전한다.
모터부(130)는 상기한 방식으로 풀리부재(140)를 고속 저토크 회전 구동 할 수 있다.
이하, 도10 내지 도12를 참고하여 전기유압식 구동 장치(100)의 모터부(130)와 유압실린더부(150)의 복합 구동에 의한 회전 동작에 대해 설명한다.
도10의(a)는 모터부(130)를 마주보는 방향에서 바라본 전기유압식 구동 장치의 평면도이다. 도10의(b)는 도7의(a)의 전기유압식 구동 장치의 좌측면도이다.
도10의(a) 및 도10의(b)에서, 제1 유압실린더부(151) 및 제2 유압실린더부(153) 각각의 피스톤부(153a, 153b)는, 실린더본체(151a, 153a)에 유압이 공급되면, 실린더본체(151a, 153a)의 내부로 이동하여 준비지점(RP1)까지 직선운동이 진행된다. 이때, 제1 유압실린더부(151) 및 제2 유압실린더부(153) 각각의 와이어(151c, 153c)는 지그재그 형상 부분이 직선 형상으로 변형된 상태로 유지된다.
도11에서, 제2 유압실린더부(153)의 피스톤부(153b)는 우측방향으로 직선운동하여 실린더본체(153a)의 내부에 완전히 수용된다. 모터부(130)는 별도의 모터제어부에 의해 정방향(반시계방향)으로 회전한다. 이때 풀리부재(140)는 모터부(130)와 제2 유압실린더부(153)의 합쳐진 힘에 의해 역방향(시계방향)으로 회전한다. 구동대상물(200)은 풀리부재(140)와 함께 역방향으로 회전한다.
도12에서, 제1 유압실린더부(151)의 피스톤부(151b)는 우측방향으로 직선운동하여 실린더본체(151a)의 내부에 완전히 수용된다. 모터부(130)는 역방향(시계방향)으로 회전한다. 이때 풀리부재(140)는 모터부(130)와 제1 유압실린더부(151)의 합쳐진 힘에 의해 정방향(반시계방향)으로 회전한다. 구동대상물(200)은 풀리부재(140)와 함께 정방향으로 회전한다.
모터부(130)와 유압실린더부(150)는 상기한 복합 구동 방식으로 풀리부재(140)를 고속 고토크 회전 구동 할 수 있다.
도13을 참고하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전기유압식 구동 장치(100)의 사용상태도를 확인할 수 있다.
전기유압식 구동 장치(100)는 사용자의 고관절 부위의 링크부재에 결될 수 있다. 전기유압식 구동 장치(100)는 전기 및 유압의 동력원을 이용하여 링크부재를 회전구동함으로써 사용자의 관절 움직임에 힘을 더해준다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 전기유압식 구동 장치
110: 베이스 프레임
111: 원통부재
h1: 관통홀
113: 판부재
ch: 연결홈
120: 기어부
121: 캐리어
h2: 관통홀
123: 유성기어
125: 선기어
130: 모터부
131: 회전자
131a: 모터축
133: 고정자
135: 모터커버
140: 풀리부재
141: 기어 이
143: 제1 가이드홈
145: 제2 가이드홈
147: 연결부재
150: 유압실린더부
151: 제1 유압실린더부
151a: 실린더본체
151aa: 연결부재
151b: 피스톤부
151ba: 피스톤
151bb: 피스톤로드
151c: 와이어
153: 제2 유압실린더부
153a: 실린더본체
153aa: 연결부재
153b: 피스톤부
153c: 와이어
160: 구동축부
161: 원판부재
163: 끼움부재

Claims (11)

  1. 베이스 프레임;
    상기 베이스 프레임에 구비되는 기어부;
    상기 베이스 프레임을 관통하여 상기 기어부에 연결되는 모터부;
    상기 기어부에 연결되는 풀리부재;
    상기 풀리부재에 연결되는 유압실린더부; 및
    상기 풀리부재와 결합하는 구동축부;
    를 포함하고,
    상기 구동축부는 상기 모터부 또는 상기 유압실린더부로부터 선택적으로 회전구동력을 전달받고, 전달받은 회전구동력을 이용하여 구동대상물을 구동하고,
    상기 유압실린더부는, 적어도 두 개가 구비되어 한 쌍으로 구성되고, 상기 한 쌍의 유압실린더부 각각은, 상기 풀리부재의 외주면에 연결되는 와이어를 구비하고,
    상기 풀리부재는 내주면에 기어 이가 형성되고,
    상기 기어부는 상기 풀리부재의 내주면에 기어 연결되는 것인 전기유압식 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 풀리부재는, 외주면에 적어도 두 개의 가이드홈이 평행하게 형성되고,
    상기 와이어는, 상기 가이드홈 각각에 위치하는 것을 특징으로 하는 전기유압식 구동 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 와이어는, 상기 가이드홈에 위치하는 부분이 지그재그 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기유압식 구동 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 와이어의 상기 지그재그 형상 부분은 형상 변형 및 복원이 가능한 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기유압식 구동 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 한 쌍의 유압실린더부 각각은,
    실린더본체; 및
    상기 실린더본체 내부에 직선운동 가능하게 구비되는 피스톤부;
    를 포함하고,
    상기 와이어는, 상기 피스톤부와 상기 풀리부재를 연결하는 것을 특징으로 하는 전기유압식 구동 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 실린더본체는, 외측에 연결부재가 형성되고,
    상기 연결부재는 고정부재에 의해 상기 베이스 프레임에 고정되는 것을 특징으로 하는 전기유압식 구동 장치.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기어부는,
    상기 베이스 프레임에 고정되는 캐리어;
    상기 캐리어에 회전 가능하게 중심축이 연결되고, 외주가 상기 풀리부재의 내주면에 기어 연결되는 복수의 유성기어; 및
    상기 복수의 유성기어의 사이에 구비되는 선기어;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기유압식 구동 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 모터부는,
    상기 베이스 프레임을 관통하여 상기 선기어의 중심축에 연결되는 회전자; 및
    상기 회전자를 감싸도록 형성되는 고정자;
    를 포함하고,
    상기 회전자는 상기 고정자에 의해 생성되는 자기력으로 회전하는 것을 특징으로 하는 전기유압식 구동 장치.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 베이스 프레임은,
    일단이 개방된 원통부재; 및
    상기 원통부재의 외주면으로부터 일 방향으로 연장형성되는 판부재;
    를 포함하고,
    상기 모터부는, 상기 원통부재의 일단을 통해 상기 원통부재 내부에 수용되고,
    상기 기어부는, 상기 원통부재의 개방된 일단의 반대편 타단에 고정되는 것을 특징으로 하는 전기유압식 구동 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 판부재는, 양측면이 파여져 연결홈이 형성되고,
    상기 유압실린더부의 연결부재는 상기 연결홈에 끼워져 위치하고, 고정부재에 의해 상기 판부재에 고정되는 것을 특징으로 하는 전기유압식 구동 장치.
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