KR102025010B1 - 상보성 기어감속을 이용한 엑추에이터 - Google Patents
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Abstract
엑추에이터를 소형화시키면서 고출력 토크를 내기 위해서 출력단에 높은 기어비를 갖는 감속기를 사용하게 된다. 하지만, 감속기는 기어 치형 및 공차에 따른 백래쉬(Backlash) 오차가 불가피하다. 이는 해당 엑추에이터를 사용하는 로봇 등의 시스템 동작 정밀도를 떨어뜨리는 결과를 초래한다. 따라서 작은 부피에서 높은 기어비를 내면서도 백래쉬가 없는 감속기에 대한 연구는 오래전부터 산업계에서 이루어져 왔다. 작은 백래쉬 성분을 갖는 감속기는 높은 가공 정밀도를 요구하는 정밀 기어들이 필요해 높은 제작 비용이 불가피하다. 현재는 싸이클로드 기어원리를 이용한 하모닉드라이브(Harmonic Drive) 감속기가 개발되어 작은 부피에서 높은 기어비와 백래쉬 제로의 특징을 바탕으로 고성능 로봇 분야 등에서 광범위하게 사용되고 있지만 이 역시 제작과정에서 높은 정밀도와 재료 특성관리, 생산 노하우 등이 필요해 제품 가격이 높은 단점이 있다. 이와 달리 본 발명은 정밀도가 낮은 저가형 기어들로 구성된 감속기를 출력축에서 백래쉬에 대해 상보적으로 동작하도록 제어함으로써 작은 비용으로 백래쉬를 제거한 엑추에이터를 구현할 수 있다.
Description
본 발명은 로봇의 관절등에 많이 사용되는 회전 운동용 엑추에이터에 관한 것으로, 엑추에이터 내부에서 고출력 토크를 내기 위해 사용하는 감속기가 갖는 백래쉬(Backlash)를 제거하는 기술이다.
로봇은 여러 다양한 형태의 제품이 사용되고 있으나, 그 기계적 구성을 살펴보면 복수개의 회전 관절로 구성되며 각 회전 관절에는 회전 운동을 가능하게 하는 엑추에이터가 장착되어 있다. 최근의 공장 자동화와 각 산업 현장 시설의 첨단화 무인화와 맞물려 매니퓰레이터 형태를 갖는 협동로봇 등에 대한 수요가 증가하고 있다. 이러한 로봇 들에 대한 수요에 있어서 소형화, 고출력화, 정밀화는 지속적으로 개선이 요구되는 성능 항목이다. 이를 위해선 소형이면서 고출력이고 정밀한 엑추에이터가 필요하며, 이러한 요구를 만족시키기 위해 엑추에이터 출력단에는 감속기가 사용되어야만 한다.
엑추에이터를 소형화시키면서 고출력 토크를 내기 위해서 출력단에 높은 기어비를 갖는 감속기를 사용하게 된다. 하지만, 감속기는 기어 치형 및 공차에 따른 백래쉬(Backlash) 오차가 불가피하다. 이는 해당 엑추에이터를 사용하는 로봇 등의 시스템 동작 정밀도를 떨어뜨리는 결과를 초래한다. 따라서 작은 부피에서 높은 기어비를 내면서도 백래쉬가 없는 감속기에 대한 연구는 오래전부터 산업계에서 이루어져 왔다. 작은 백래쉬 성분을 갖는 감속기는 높은 가공 정밀도를 요구하는 정밀 기어들이 필요해 높은 제작 비용을 초래한다. 현재는 싸이클로드 기어원리를 이용한 하모닉드라이브(Harmonic Drive) 감속기가 개발되어 작은 부피에서 높은 기어비와 백래쉬 제로의 특징을 바탕으로 고성능 로봇 분야 등에서 광범위하게 사용되고 있지만 이 역시 제작과정에서 높은 정밀도와 재료 특성관리, 특수 열처리 공정 등의 생산 노하우가 필요해 제품 가격이 높은 단점이 있다.
종래의 엑추에이터에서 1개의 모터만을 사용한 것과 달리 2개의 모터를 사용하고 각각의 모터를 감속비율이 동일하거나 비슷한 절대값을 갖되 부호가 다른 감속기에 각각 연결하여 모터를 다른 방향으로 구동하여 각각의 감속기 출력축이 기계적으로 결합된 엑추에이터 출력축에서 한 방향으로 구동되게 함으로써, 이 과정에서 각각의 감속기가 갖고 있는 백래쉬 영향이 상대 감속기 출력축에 의해 제거되는 상보적(Complementary) 작용하게함으로써 백래쉬를 제거할 수 있다. 고가의 정밀 부품들을 사용하여 작은 백래쉬를 갖는 감속기를 사용하여 엑추에이터를 구성하는 비용 대비, 본 발명의 양수, 음수의 감속비를 갖는 각각의 감속기 자체는 백래쉬 성분이 큰 저가의 저정밀 제품을 사용하더라도 서로 상보적으로 출력축으로 작용하게 함으로써 엑추에이터 출력의 백래쉬를 제거할수 있어서, 종래의 엑추에이터들이 1개의 모터, 1개의 감속기가 사용되는 것에 비해 모터 1개, 감속기 1개가 추가로 사용되는 것을 감안하더라도 엑추에이터를 백래쉬를 제거하는 방법으로서 비용 경쟁력을 가진다.
본 발명을 통해 정밀도가 낮은 저가형 기어들로 구성된 감속기를 출력축에서 백래쉬에 대해 상보적으로 동작하도록 제어함으로써 작은 비용으로 백래쉬를 제거한 엑추에이터를 구현할 수 있다.
도1은 종래의 엑추에이터의 구성을 나타낸 도면으로서, 도1-(A)은 오픈루프 제어 구성, 도1-(B)는 위치센서가 추가된 폐루프 피드백제어 구성을 나타낸 도면
도2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 엑추에이터 구성을 나타낸 도면으로서 제1감속기 출력축과 제2감속기 출력축이 서로 등지는 방향으로 배치되어 제2프레임에 기계적으로 결합된 경우로, 도2-(A)는 오른루프 제어시의 구성, 도2-(B)는 각각의 모터 샤프트에 위치센서가 부착되어 각 모터의 샤프트 회전각 위치를 제어부에 전달하여 각 모터들이 폐루프 피드백제어되는 것을 나타낸 도면
도3는 본 발명의 또 다른 바람직한 실시 예에 따른 엑추에이터 구성을 나타낸 도면으로서 제1감속기 출력축과 제2감속기 출력축이 서로 마주보는 방향으로 배치되어 제2프레임에 기계적으로 결합된 경우로, 도3-(A)는 오른루프 제어시의 구성, 도3-(B)는 각각의 모터 샤프트에 위치센서가 부착되어 각 모터의 샤프트 회전각 위치를 제어부에 전달하여 각 모터들이 폐루프 피드백제어되는 것을 나타낸 도면
도4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 엑추에이터의 제1감속기가 입력-S기어(Sun Gear), 출력-P기어(Planet Gear)들의 결합부, 고정부-R기어(Ring Gear)로 이루어진 양의 감속비를 갖는 전형적이고 일반적인 유성기어감속기로 구성되고, 제2감속기는 입력-S기어(Sun Gear), 출력-R기어(Ring Gear), 고정부-P기어(Ring Gear)들로 이루어진 음의 감속비를 갖는 유성기어감속기로 구성된 경우의 엑추에이터 동작시 각 감속기 내부 기어 상황과 각 기어들의 회전 방향을 보여주는 도면
도2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 엑추에이터 구성을 나타낸 도면으로서 제1감속기 출력축과 제2감속기 출력축이 서로 등지는 방향으로 배치되어 제2프레임에 기계적으로 결합된 경우로, 도2-(A)는 오른루프 제어시의 구성, 도2-(B)는 각각의 모터 샤프트에 위치센서가 부착되어 각 모터의 샤프트 회전각 위치를 제어부에 전달하여 각 모터들이 폐루프 피드백제어되는 것을 나타낸 도면
도3는 본 발명의 또 다른 바람직한 실시 예에 따른 엑추에이터 구성을 나타낸 도면으로서 제1감속기 출력축과 제2감속기 출력축이 서로 마주보는 방향으로 배치되어 제2프레임에 기계적으로 결합된 경우로, 도3-(A)는 오른루프 제어시의 구성, 도3-(B)는 각각의 모터 샤프트에 위치센서가 부착되어 각 모터의 샤프트 회전각 위치를 제어부에 전달하여 각 모터들이 폐루프 피드백제어되는 것을 나타낸 도면
도4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 엑추에이터의 제1감속기가 입력-S기어(Sun Gear), 출력-P기어(Planet Gear)들의 결합부, 고정부-R기어(Ring Gear)로 이루어진 양의 감속비를 갖는 전형적이고 일반적인 유성기어감속기로 구성되고, 제2감속기는 입력-S기어(Sun Gear), 출력-R기어(Ring Gear), 고정부-P기어(Ring Gear)들로 이루어진 음의 감속비를 갖는 유성기어감속기로 구성된 경우의 엑추에이터 동작시 각 감속기 내부 기어 상황과 각 기어들의 회전 방향을 보여주는 도면
로봇은 용도에 따라 여러 형태가 존재하지만, 각 관절에서 회전 운동을 하는 엑추에이터로 구성된다.
도1은 종래의 엑추에이터의 구성을 나타낸 도면으로서, 도1-(A)은 오픈루프 제어 구성, 도1-(B)는 위치센서가 추가된 폐루프 피드백제어 구성을 나타낸 도면이다. 엑추에이터는 제1프레임(105), 제2프레임(106)의 기계적 구조물들이 상대적 회전 운동을 할 수 있도록 하는 동작 기관을 뜻한다. 모터(102) 그 자체만을 제1프레임(105)과 제2프레임(106)간 회전운동을 만들어 내는 엑추에이터로 사용하기에는 출력 토크가 낮은 문제가 있어서, 모터(102)의 회전 입력을 받아 감속시킴으로써 감속비만큼 출력 토크를 높일 목적으로 감속기(101)를 모터(102)에 부착하고, 상기 모터에 전기적 구동 신호를 제공하는 모터 드라이버(104)와 상기 모터 드라이브를 제어하는 제어부(103)를 합친 형태의 엑추에이터가 일반적으로 사용된다. 경우 따라서는 도1-(B)와 같이 모터(102)에 모터 샤프트 회전각 위치를 감지할 수 있는 위치센서(107)을 부착하여 제어부(103)가 이 신호를 이용하여 위치 제어 폐루프 피드백 제어를하는 서보(Servo) 기능을 갖는 엑추에이터도 일반적이다.
감속기(101)는 기어트레인(Gear Train)을 사용하거나 벨트풀리를 사용하는 등의 여러 구현 방식이 있지만, 소형 부피와 비용적인 문제로 기어트레인을 사용하는 것이 일반적이다. 기어트레인으로 구성된 일반적인 감속기(101)의 경우 사용된 기어들의 치형과 공차로 인해 출력축에 백래쉬(Blacklash) 오차가 발생할 수밖에 없는 문제가 있다. 높은 출력만을 요구하는 분야에서는 백래쉬가 문제가 안되지만, 정밀 위치 제어가 필요한 분야에서 백래쉬는 정밀도를 제한하는 주요 원인이 된다. 백래쉬를 줄이기는 위해서는 치형이 고도로 정밀하고 공차가 작은 기어들로 감속기(101)를 제작하여야 하는데 필요한 기어 정밀도 수준이 올라감에 따라 필요한 비용은 가파르게 상승하게 된다. 단순히 기어 부품의 정밀도를 높여 백래쉬를 줄이는 방식의 제품이 아니라 싸이클로이드 기어 원리를 이용한 하모닉드라이브(Harmonic Dirve) 같은 백래쉬를 제거한 감속기(101) 제품이 등장하여 상업적으로 큰 성공을 거두기도 하였다. 하지만, 하모닉드라이브의 경우 설계 기술뿐만 아니라 사용되는 금속 재료 특성관리, 열처리 등의 제조기술 진입 장벽이 있어서 생산이 어렵고 제조 비용을 낮추는데 어려움이 있다. 또한 하모닉드라이브의 동작 원리상 탄성력을 가진 내부 부품이 사용됨에 따라 탄성동작에 따른 동적 에러가 발생하고, 탄성 재료가 계속해서 스트레스를 받고 또 출력 부하를 견뎌야해서 재료적 한계로 인해 감속기로서의 정격 토크가 제한되는 단점이 존재한다.
도2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 엑추에이터 구성을 나타낸 도면으로서 제1감속기 출력축과 제2감속기 출력축이 서로 등지는 방향으로 배치되어 제2프레임에 기계적으로 결합된 경우로, 도2-(A)는 오른루프 제어시의 구성, 도2-(B)는 각각의 모터 샤프트에 위치센서가 부착되어 각 모터의 샤프트 회전각 위치를 제어부에 전달하여 각 모터들이 폐루프 피드백제어되는 구성을 나타낸 도면이다.
본 발명은 종래의 엑추에이터들이 한개의 모터(102)만을 사용한 것과 달리, 2개의 모터(102)를 사용하고, 하나의 모터에는 양의 감속비를 갖는 제1감속기(201)를 결합하고, 다른 하나의 모터에는 상기 제1감속기(201)와 같거나 비슷한 절대값의 감속비율을 갖되 입력방향과 출력방향이 다른 음의 감속비를 갖는 제2감속기(202)를 결합하고, 상기 제1감속기(201)와 제2감속기(202) 출력축을 엑추에이터 출력축이 되는 제2프레임(106)에 기계적으로 결합시킨다. 각각의 모터를 역시 2개의 모터 드라이버(104)로 독립적으로 구동하게 하고, 제어부(103)는 사용자가 명령한 동작각 만큼 엑추에이터 출력축이 지정한 방향으로 지정한 각 만큼 움직이도록 상기 모터를 각기 반대 방향으로 정해진 만큼 돌리도록 상기 2개의 드라이버(104)를 각기 제어한다. 이렇게 동작하면 엑추에이터 출력 축을 기준으로 제1감속기(201)와 제2감속기(202)의 내부 출력 기어열에서 백래쉬를 야기하는 기어 치형 및 공차 공간이 엑추에이터 출력 축 회전 방향을 기준으로 서로 반대 방향으로 발생하게 된다. 따라서 엑추에이터 출력축에서 제1감속기(201)에 의해 발생할 수 있는 백래쉬 움직임이나 오차는 제2감속기(202) 내부의 각 기어열이 출력에서 입력까지 단계적으로 맞닿아 있고, 상기 제2감속기(202)에 결합된 모터의 축이 제어부(103) 제어에 의해 모터 드라이버(104)를 통해 제공된 전력으로 일정 세기의 토크에 의해 지지되고 있어서 제거된다. 반대로 제2감속기(202)가 가지는 백래쉬는 제1감속기(201) 내부의 기어열이 맞닿아 있고, 제1감속기에 입력축에 결합된 모터 토크에 지지되고 있어서 제거된다. 이와 같이 제1감속기(201), 제2감속기(202)가 정밀도가 낮더라도 같은 정밀도 수준으로만 제작된다면 본 발명의 구성과 제어로 감속기 그 자체가 가지는 백래쉬가 상보적(Complementary) 작용에 의해 제거된다. 본 발명의 구성을 통해 각각은 백래쉬 성분이 큰 저가형 감속기일지라도 결과적으로 본 발명의 엑추에이터 구성을 통해 출력축 백래쉬를 제거하여 사용할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 도2-(A)의 구성에서 각각 모터(102)에 2개의 위치센서(107)를 부착하여 도2-(B)와 같이 구성하고, 제어부(103)가 각 모터(102)에 대해 위치 폐루프 피드백 제어함으로써 서보(Servo)형 엑추에이터를 구현 할 수도 있다.
도3는 본 발명의 또 다른 바람직한 실시 예에 따른 엑추에이터 구성을 나타낸 도면으로서 제1감속기 출력축과 제2감속기 출력축이 서로 마주보는 방향으로 배치되어 제2프레임에 기계적으로 결합된 경우로, 도3-(A)는 오른루프 제어시의 구성, 도3-(B)는 각각의 모터 샤프트에 위치센서가 부착되어 각 모터의 샤프트 회전각 위치를 제어부에 전달하여 각 모터들이 폐루프 피드백제어되는 구성을 나타낸 도면이다. 제1감속기(201), 제2감속기(202) 출력축이 향하는 방향이 도2의 경우와 반대로 다를 뿐 동작과 구성작용 방식은 동일하다.
도4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 엑추에이터의 제1감속기가 입력-S기어(Sun Gear), 출력-P기어(Planet Gear)들의 결합부, 고정부-R기어(Ring Gear)로 이루어진 양의 감속비를 갖는 전형적이고 일반적인 유성기어감속기로 구현되고, 제2감속기는 입력-S기어(Sun Gear), 출력-R기어(Ring Gear), 고정부-P기어(Ring Gear)들로 이루어진 음의 감속비를 갖는 유성기어감속기로 구현된 경우의 엑추에이터 동작시 각 감속기 내부 기어 상황과 각 기어들의 회전 방향을 보여주는 도면이다. 유성기어(Planetary Gear) 감속기는 하모닉드라이브만큼이나 소형 부피에서 높은 토크를 내는데 유리한 구성을 가진 감속기 구조방식이다. 본 발명의 구체적인 하나의 실시 예로서 제1감속기(201)와 제2감속기(202)가 유성기어감속기구조를 가지고 동작하는 경우를 살펴보면, 도4와 같이 제1감속기(201)에 결합된 모터의 회전 방향(404)은 제1감속기(201)의 입력축인 S기어(402: Sun Gear)에 전달되고 같은 방향으로 S기어(402)가 돌게 되고, 이 회전력은 맞닿은 P기어(401: Planet Gear)들에 전달된다. 이때 제1감속기(201)는 유성기어로서 양의 감속비를 가지는 구성조합으로서 R기어(403: Ring Gear)만이 고정되어 있고 상기 P기어들에 전달된 회전력은 P기어들의 회전축들이 제1감속기(201) 출력축에 결합되어 있어서 P기어(401)회전 방향과 반대 방향으로 제1감속기 출력축을 움직이게 된다. 이러한 제1감속기의 구성 및 동작 방식은 대부분의 상업용 유성기어감속기들이 채택하는 보편적인 방식으로 1+Nr/Ns의 감속비를 가진다. 여기서 Nr은 R기어의 이빨수, Ns는 S기어의 이빨수를 나타낸다.
제1감속기(201)의 출력축과 같은 방향으로 회전시키기 위해 제2감속기(202)에 결합되어 입력되는 모터의 회전 방향(405)은 제어부(103)에 의해 앞서의 제1감속기(202)에 결합된 모터의 회전 방향(404)과는 반대로 회전하고, 이 회전력은 제2감속기(202)의 입력축에 전달된다. 한편 제2감속기는 음의 감속비를 갖는 유성기어감속기 구성으로서 S기어(402)가 입력, P기어(402)들은 고정위치에서 회전만 하고, , R기어(403)가 출력축이 되는 구동 방식의 경우이다. 이때 S기어(402)를 통해 전달된 제2감속기(202)에 결합된 모터의 회전(405)은 S기어(401)를 통해 P기어(401)들에게 전달되고 P기어(401)들은 고정되어 있어서 각기 제자리에서 그대로 회전하면서 제2감속기(202)의 출력축인 R기어(403)을 P기어(401)들의 회전 방향과 같은 방향으로 회전시키게 된다. 이러한 유성기어감속기 구성동작 방식의 제2감속기(202)는 -Nr/Ns의 감속비를 갖는다. 한편 엑추에이터 출력에 기계적으로 결합 구속된 제1감속기(201)과 제2감속기(202) 출력축에서의 각 기어열 상황은 도4 처럼 엑추에이터 출력축 회전 방향에 대해 제1감속기(201)와 제2감속기(202) 각각의 백래쉬 유발 치형 및 공차 공간이 회전 방향에 대해 반대로 놓이게 된다. 결과적으로 엑추에이터 출력축에 작용하는 외력에 대해 제1감속기나 제2감속기 둘 중 하나의 출력축이 지지를 하고 있는 셈이어서 결과적으로 엑추에이터 출력의 백래쉬는 제거된다. 한편 도4의 경우처럼, 제1감속기가 입력-S기어, 출력-P기어간 결합부로 구성되어 양의 감속비를 갖고, 제2감속기는 입력-S기어, 출력-R기어로 구성되어 음의 감속비를 갖는 경우 그리고 각각 감속기에 사용된 S기어, P기어, R기어가 같고 입력, 출력, 고정부의 조합만 다른 경우라면, 제1감속기는 '1+R기어이빨수/S기어이빨수'의 양의 기어비를 갖고, 제2감속기는 '-R기어이빨수/S기어이빨수'의 음의 기어비를 갖게 된다. 이 경우 만약 링기어이빨수/썬기어이빨수가 50이라면, 제1감속기는 +51의 기어비를 제2감속기는 -50의 기어비를 갖으므로 그 감속비율의 절대치는 다르다. 하지만 제어부(103)에서 각각의 감속기에 결합된 모터를 독립적으로 제어함으로써 엑추에이터 출력축 위치를 동일하게 제어가능하다. 제어부(103)에서 감속비율에 맞게 각 모터(102)들의 회전각을 제어하거나, 회전 속도를 제어하면 출력축 동작각 및 회전속도를 일치 시킬 수 있다. 이 경우 제1감속기를 통한 엑추에이터 출력 토크 성분이 51 레벨이라면, 제2감속기를 통한 엑추에이터 출력성분은 50레벨이 되어 결과적으로 엑추에이터 출력은 50에 51을 더한 101레벨로 합한 형태로 작용하게 된다. 모터와 감속기를 2개 사용함으로써 증가하는 부피 공간의 증가라는 단점은 각각이 독립적으로 출력에 토크로 작용하므로 토크가 대략 2배가 엑추에이터 제품 부피대비 토크출력 수준의 관점에서 본 발명의 구성으로 인한 부피상의 단점은 상쇄된다고 할 수 있다. 즉, 본 발명은 소형부피에 높은 토크를 내면서도 백래쉬를 제거하는 엑추에이터로서 장점을 가진다.
101 : 감속기 102 : 모터
103 : 제어부 104 : 모터 드라이브
105 : 제1프레임 106 : 제2프레임
107 : 위치센서
201 : 제1감속기 202 : 제2감속기
401 : P기어 402 : S기어
403 : R기어
404 : 제1감속기에 결합된 모터 축 방향
405 : 제2감속기에 결합된 모터 축 방향
103 : 제어부 104 : 모터 드라이브
105 : 제1프레임 106 : 제2프레임
107 : 위치센서
201 : 제1감속기 202 : 제2감속기
401 : P기어 402 : S기어
403 : R기어
404 : 제1감속기에 결합된 모터 축 방향
405 : 제2감속기에 결합된 모터 축 방향
Claims (4)
- 모터 입력에 대해 양의 감속비를 갖는 제1감속기(201); 모터 입력에 대해 음의 감속비를 갖는 제2감속기(202); 상기 제1감속기와 제2감속기의 출력 회전축은 같은 직선에 놓여져 서로 바라보는 방향 또는 서로 등진 방향으로 배치되고, 상기 제1감속기, 제2감속기에 독립적으로 기계적 회전 운동을 입력하는 2개의 모터(102); 상기 2개의 모터에 각각 전기적 구동 신호를 전달하는 2개의 모터 드라이버(104); 상기 2개의 모터 드라이버를 통하여 사용자가 입력한 회전 운동각 만큼 엑추에이터 출력축이 회전하도록 상기 2개의 모터를 다른 회전 방향으로 제어하는 제어부(103); 상기 제1감속기, 제2감속기, 2개의 모터, 2개의 모터 드라이버, 제어부는 엑추에이터 회전축을 기준으로 나눠지는 제1프레임(105)에 놓여지고, 상기 제1감속기, 제2감속기 출력축은 엑추에이터 회전축을 기준으로 제1프레임(105)의 반대편인 제2프레임(106)에 기계적으로 결합되어 엑추에이터 회전 동작시 상기 제1감속기, 제2감속기가 개별적으로 갖고 있는 백래쉬 성분이 출력축에서 서로 상보적으로 상쇄되는 것을 특징으로 하는 엑추에이터에 있어서;
제1감속기는 입력축 S기어, 출력축 P기어 결합부, 고정축 R기어로 구성되고, '1+R기어이빨수/S기어이빨수'의 양의 감속비를 갖는 유성기어감속기;
제2감속기는 입력축 S기어, 출력축 R기어, 고정축 P기어로 구성되고, '-R기어이빨수/S기어이빨수'의 음의 감속비를 갖는 유성기어감속기;
엑추에이터 출력축을 일정각 혹은 일정속도로 회전 구동하기 위해 상기 제1감속기, 제2감속기의 감속비에 맞게 각 감속기에 결합된 2개의 모터를 제어하는 것을 특징으로 갖는 제어부;
로 이루어진 엑추에이터
- 모터 입력에 대해 양의 감속비를 갖는 제1감속기(201); 모터 입력에 대해 음의 감속비를 갖는 제2감속기(202); 상기 제1감속기와 제2감속기의 출력 회전축은 같은 직선에 놓여져 서로 바라보는 방향 또는 서로 등진 방향으로 배치되고, 상기 제1감속기, 제2감속기에 독립적으로 기계적 회전 운동을 입력하는 2개의 모터(102); 상기 2개의 모터에 각각 전기적 구동 신호를 전달하는 2개의 모터 드라이버(104); 상기 2개의 모터 드라이버를 통하여 사용자가 입력한 회전 운동각 만큼 엑추에이터 출력축이 회전하도록 상기 2개의 모터를 다른 회전 방향으로 제어하는 제어부(103); 상기 제1감속기, 제2감속기, 2개의 모터, 2개의 모터 드라이버, 제어부는 엑추에이터 회전축을 기준으로 나눠지는 제1프레임(105)에 놓여지고, 상기 제1감속기, 제2감속기 출력축은 엑추에이터 회전축을 기준으로 제1프레임(105)의 반대편인 제2프레임(106)에 기계적으로 결합되어 엑추에이터 회전 동작시 상기 제1감속기, 제2감속기가 개별적으로 갖고 있는 백래쉬 성분이 출력축에서 서로 상보적으로 상쇄되는 것을 특징으로 하고,
제1감속기, 제2감속기 입력축에 각기 연결된 2개의 모터(102) 샤프트에는 각각 회전각을 측정하는 위치센서(107)들이 있어서, 제어부(103)가 이 2개의 위치센서 정보를 이용하여 엑추에이터 출력축 위치 피드백 제어를 할 수 있는 서보기능을 갖는 것을 특징으로 하는 엑추에이터에 있어서;
제1감속기는 입력축 S기어, 출력축 P기어 결합부, 고정축 R기어로 구성되고, '1+R기어이빨수/S기어이빨수'의 양의 감속비를 갖는 유성기어감속기;
제2감속기는 입력축 S기어, 출력축 R기어, 고정축 P기어로 구성되고, '-R기어이빨수/S기어이빨수'의 음의 감속비를 갖는 유성기어감속기;
엑추에이터 출력축을 일정각 혹은 일정속도로 회전 구동하기 위해 상기 제1감속기, 제2감속기의 감속비에 맞게 각 감속기에 결합된 2개의 모터를 각 모터 샤프트에 결합된 위치센서를 통해 모터 샤프트 회전 위치 정보를 감지하여 피드백 제어하는 것을 특징으로 갖는 제어부;
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KR20210087348A (ko) * | 2020-01-02 | 2021-07-12 | 세메스 주식회사 | 반도체 제조 설비의 구동 장치 및 반도체 제조 설비의 구동 방법 |
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