KR20170081791A

KR20170081791A - 결합형 외부하우징을 구비한 소형 리니어 서보 액츄에이터

Info

Publication number: KR20170081791A
Application number: KR1020160000463A
Authority: KR
Inventors: 남형도; 이수준
Original assignee: 포테닛 주식회사
Priority date: 2016-01-04
Filing date: 2016-01-04
Publication date: 2017-07-13
Also published as: KR101766836B1

Abstract

본 발명은 직선왕복운동을 수행하는 로드부와, 상기 로드부를 구동시키기 위한 구동력을 공급하기 위하여 회전축을 구비하는 서보모터와, 상기 서보모터의 회전축에 의한 회전운동을 상기 로드부의 직선왕복운동으로 변환하기 위한 동력전달부와, 일측으로 상기 로드부의 일단이 관통하는 가이드홀이 형성되고, 상기 로드부, 상기 동력전달부 및 상기 서보모터 순으로 일직선상에 배치하여 수납하기 위한 중공부가 상기 가이드홀의 중심축 방향을 따라 내부에 형성되는 외부하우징, 및 상기 외부하우징의 타측 끝단에 탈착되며, 상대적으로 직교하는 두 개의 축에 대한 왕복 회전운동을 구현하여 2자유도를 갖는 회전조인트부를 포함하는 결합형 외부하우징을 구비한 소형 리니어 서보 액츄에이터를 제공한다.

Description

결합형 외부하우징을 구비한 소형 리니어 서보 액츄에이터{SMALL SIZED SERVO LINEAR ACTUATOR INCLUDING COMBINATION TYPE OUTER-HOUSING}

본 발명은 결합형 외부하우징을 구비한 소형 리니어 서보 액츄에이터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 생체모방형 로봇의 내골격 구조에 적합한 소형화를 만족시킬 수 있는 결합형 외부하우징을 구비한 소형 리니어 서보 액츄에이터에 관한 것이다.

로봇 기술이 발달하면서 최근에는 인간, 곤충, 및 동물의 골격구조를 모방하는 생체모방형 로봇을 제작하고자 하는 시도가 다양하게 이루어지고 있다. 특히, 인간의 내골격 구조로 구성되는 휴머노이드 로봇을 포함하여 장애인이나 노약자 및 재활을 위한 다양한 보조장치들도 계속해서 출시되고 있다. 상기 휴머노이드 로봇이나 보조장치는 리니어 구동장치를 사용하여 생체 모방형 구조를 갖는 기술을 구현하고 있다.

이러한 리니어 구동장치로서 대상물을 직선 운동시키는 리니어 액츄에이터(LINEAR ACTUATOR) 기술이 구현된 로봇의 경우에 일반적으로 그 크기 및 중량이 최적화 되어 있기 때문에, 로봇을 구동시키기 위한 리니어 액츄에이터를 설치하기 위한 내부 공간은 매우 협소한 구조를 갖는다.

따라서, 생체모방형 로봇의 내골격 구조에 적합한 소형화를 만족시킬 수 있으며 기계적 구성이 간단하여 제어가 용이한 리니어 서보 액츄에이터에 관한 현실적이고도 적용이 가능한 기술이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

본 발명의 목적은, 생체모방형 로봇의 내골격 구조에 적합한 소형화를 만족시킬 수 있으며 기계적 구성이 간단한 결합형 외부하우징을 구비한 소형 리니어 서보 액츄에이터를 제공함에 있다.

본 발명의 결합형 외부하우징을 구비한 소형 리니어 서보 액츄에이터는 직선왕복운동을 수행하는 로드부와, 상기 로드부를 구동시키기 위한 구동력을 공급하기 위하여 회전축을 구비하는 서보모터와, 상기 서보모터의 회전축에 의한 회전운동을 상기 로드부의 직선왕복운동으로 변환하기 위한 동력전달부와, 일측으로 상기 로드부의 일단이 관통하는 가이드홀이 형성되고, 상기 로드부, 상기 동력전달부 및 상기 서보모터 순으로 일직선상에 배치하여 수납하기 위한 중공부가 상기 가이드홀의 중심축 방향을 따라 내부에 형성되는 외부하우징, 및 상기 외부하우징의 타측 끝단에 탈착되며, 상대적으로 직교하는 두 개의 축에 대한 왕복 회전운동을 구현하여 2자유도를 갖는 회전조인트부를 포함한다.

또한, 상기 동력전달부는 상기 로드부와 결합되는 스크류와, 상기 스크류와 상기 서보모터의 회전축을 직렬연결하여 상기 로드부, 상기 동력전달부 및 상기 서보모터 순으로 일직선상에 배치될 수 있도록, 상기 스크류와 상기 서보모터 사이에 배치되어 상기 서보모터의 회전력을 상기 스크류로 전달하는 커플링, 및 상기 스크류와 상기 서보모터의 센터링을 조정 및 지지하여 각각의 회전운동이 원할하도록, 상기 커플링의 양측에 각각 배치되는 베어링을 구비할 수 있다.

또한, 상기 외부하우징은 복수의 리니어 서보 액츄에이터가 서로 다양한 형태로 연결될 수 있도록, 상기 외부하우징의 전면, 배면 그리고 상기 일측 각각의 상측 및 하측의 외측에 노출되어 배치된 복수의 체결부재와, 상기 전면 및 상기 배면 각각의 상측과 하측 사이의 중간부위에 외측으로 돌출되어 형성되며 복수 개의 삽입공을 구비한 외측프레임을 포함할 수 있다.

또한, 상기 회전조인트부는 상기 외부하우징과의 탈착이 가능하도록, 상기 외부하우징의 타측 끝단에 탈착되는 탈착부, 및 상기 탈착부재와 회전가능하게 결합되는 회전부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 회전부는 동일한 중심축을 가지면서 서로 다른 직경을 갖는 복수의 원통부재가 이중으로 중첩되어 형성되는 조인트본체, 및 상기 조인트본체의 측면을 수직으로 관통하고 상기 외부하우징의 타단이 회전가능하게 결합되는 조인트축을 구비하며, 상대적으로 직교하는 상기 중심축과 상기 조인트축에 대한 왕복 회전운동을 구현하여 2자유도를 갖을 수 있다.

또한, 상기 탈착부는 상기 조인트축의 양측 끝단과 결합되며, 상기 외부하우징의 타측 끝단에 나사결합 하여 상기 외부하우징의 타측 끝단에 탈착되는 포크부재를 구비할 수 있다.

또한, 상기 조인트본체는 원통부재로 형성되고, 측면에 상기 조인트축이 끼워지는 관통홀이 구비되며 상부면 내측으로 상기 조인트축을 고정하기 위한 고정나사가 체결되는 고정나사홈이 형성되는 이너조인트부, 및 상기 이너조인트부와 동일한 중심축을 가지며 상기 이너조인트부의 외주면을 둘러싸도록 상기 이너조인트부보다 큰 크기의 원통부재로 형성되고, 상기 이너조인트부의 관통홀 직경에 비해 상대적으로 긴 길이의 직경이 길이방향으로 절개되어 형성되며 상기 조인트축의 이동범위를 제한하는 타원형 슬롯을 측면에 구비하는 아웃조인트부를 구비할 수 있다.

본 발명은, 스크류와 결합되어 직선왕복운동을 수행하는 로드부를 구동시키기 위한 구동력을 공급하기 위한 서보모터의 회전축에 의한 회전운동을 로드부의 직선왕복운동으로 변환하기 위한 동력전달부에 포함된 커플링이 스크류와 서보모터 사이에 배치됨으로써, 외부하우징의 중공부에 로드부, 동력전달부 및 서보모터 순으로 일직선상에 배치되기 때문에, 기계적 구성을 간단하게 구현함으로써 크기를 줄여 생체모방형 로봇의 내골격 구조에 적합한 소형화를 만족시킬 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은, 커플링의 양측에 베어링을 배치함으로써, 베어링이 스크류와 서보모터의 센터링을 조정 및 지지하여 각각의 회전운동이 원할하도록 하여 제품의 신뢰성 및 내구성을 향상시키는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은, 외부하우징을 회전시키는 회전조인트부가 외부하우징과의 탈착이 가능하도록, 외부하우징의 타측 끝단에 탈착되는 탈착부를 포함함으로써, 회전조인트부가 사용되지 않을 경우 회전조인트부를 분리할 수 있어서 회전조인트부 장착에 따른 무게나 부피의 증가가 적어 소형이면서도 경량인 상태를 유지할 수 있고 휴대성도 우수한 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은, 회전조인트부가 외부하우징과의 탈착이 가능함으로써, 반복적인 회전에 의한 회전조인트부의 유지보수가 용이할 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은, 외부하우징의 전면, 배면 그리고 상기 일측 각각의 상측 및 하측의 외측에 노출되어 배치된 복수의 체결부재와, 상기 전면 및 상기 배면 각각의 상측과 하측 사이의 중간부위에 외측으로 돌출되어 형성되며 복수 개의 삽입공을 구비한 외측프레임을 포함함으로써, 복수의 리니어 서보 액츄에이터를 서로 다양한 형태로 연결할 수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 실시예에 따른 리니어 서보 액츄에이터를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 내부구성을 나타내기 위한 단면도이다.
도 3은 도 1의 외부하우징으로부터 떨어진 회전조인트부를 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 1의 분해사시도이다.
도 5는 도 2 내지 도 4에 도시된 포텐션미터와 제어보드를 나타내기 위한 도면이다.
도 6은 병렬 연결된 실시예에 따른 리니어 서보 액츄에이터를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.　

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 아래의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.　

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는"포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.　

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 영역 및/또는 부위들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부위들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 특정 순서나 상하, 또는 우열을 의미하지 않으며, 하나의 부재, 영역 또는 부위를 다른 부재, 영역 또는 부위와 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 영역 또는 부위는 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 영역 또는 부위를 지칭할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.

도 1은 실시예에 따른 리니어 서보 액츄에이터를 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 내부구성을 나타내기 위한 단면도이다. 그리고 도 3은 도 1의 외부하우징으로부터 떨어진 회전조인트부를 나타낸 사시도이다. 또한, 도 4는 도 1의 분해사시도이다. 여기서, 도 1은 서로 다른 각도에서의 사시도인 도 1a와 도 1b를 포함하며, 도 3은 외부하우징으로부터 떨어진 회전조인트부를 나타낸 사시도인 도 3a와, 상기 도 3a의 분해사시도인 도 3b를 포함한다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 리니어 서보 액츄에이터는 로드부(10), 서보모터(30), 동력전달부(50), 외부하우징(70), 및 회전조인트부(90)를 포함한다.

상기 로드부(10)는 전체적인 형상이 봉형상으로 형성되며 서보모터(30)의 구동력을 동력전달부(50)로 부터 전달받아 외부하우징(70)의 내외부로 슬라이드 이동되어 직선왕복운동을 수행한다.

또한, 로드부(10)는 일단 둘레에 단차를 갖는 회전방지용 그루브(11)가 형성된다. 즉, 회전방지용 그루브(11)는 후술하는 외부하우징(70)의 내부에 형성된 중공부(73)의 내측면과 외주면이 접촉하여 로드부(10)의 직선 운동은 허용하면서 회전 운동을 방지하여 로드부(10)의 회전운동을 방지하도록, 양측면이 원형의 둘레를 갖고, 상부면 및 하부면이 원형의 둘레를 갖는 것이 아니라 수평면을 갖아 단차를 갖도록 형성된다. 여기서, 외부하우징(70)의 중공부(73) 내측 상부면 및 하부면은 회전방지용 그루브(11)의 상부면 및 하부면에 형성되는 상기 수평면에 대응되게 형성된다.

또한, 로드부(10)는 로드부(10)의 이동거리를 측정하기 위하여 후술하는 중공부(73)의 상측에 배치되는 포텐셔미터(75)의 무빙바(753)가 결합되기 위한 일자형홈(13)이 회전방지용 그루브(11)의 상부면에 형성된다.

여기서, 그루브(11)가 형성된 일측과 대향하는 로드부(10)의 타측의 내측으로는 외부 결합물과의 결합을 위한 나사텝(screw tap)인 제1 인서트 너트(insert nut)(80)가 배치된다.

상기 서보모터(30)는 로드부(10)의 직선왕복운동을 구동시키기 위하여 모터의 구동에 의해 회전운동하며 로드부(10)에 회전구동력을 공급하는 회전축(31)을 구비한다. 여기서, 상기 회전축(31)은 일측 단부가 동력전달부(50)에 연결되고, 타측 단부가 서보모터(30)와 연결된다.

상기 동력전달부(50)는 서보모터(30)의 회전축(31)에 의한 회전운동을 로드부(10)의 직선왕복운동으로 변환하기 위한 것으로서, 스크류(51), 커플링(53), 및 베어링(55)을 구비한다.

상기 스크류(51)는 로드부(10)와 결합되어 서보모터(30)의 회전운동에 의한 구동방향에 따라 로드부(10)의 내부로 인입되거나 외부로 인출되면서 로드부(10)가 직선왕복운동을 할 수 있게 한다. 여기서, 스크류(51)는 도시하지 않았으나, 로드부(10) 내에 생성된 나사텝에 결합된다. 그리고 스크류(51)는 타측이 베어링(55)에 의해 센터링 조정되고 지지된다.

상기 커플링(53)은 스크류(51)와 서보모터(30)의 회전축(31)을 직렬연결하여 로드부(10), 동력전달부(50) 및 서보모터(30) 순으로 일직선상에 배치될 수 있도록, 스크류(51)와 서보모터(30) 사이에 배치되어 마찰 결합 또는 형상 결합을 통해 서보모터(30)의 회전력을 스크류(51)로 전달한다.

상술한 바와 같이, 실시예에 따른 리니어 서보 액츄에이터는 커플링(53)이 스크류(51)와 서보모터(30) 사이에 배치됨으로써, 외부하우징(70)의 중공부(73)에 로드부(10), 동력전달부(50) 및 서보모터(30) 순으로 일직선상에 배치되기 때문에, 기계적 구성을 간단하게 구현함으로써 크기를 줄여 생체모방형 로봇의 내골격 구조에 적합한 소형화를 만족시킬 수 있다.

상기 베어링(55)은 스크류(51)와 서보모터(30)의 센터링을 조정 및 지지하여 각각의 회전운동이 원할하도록, 커플링(53)의 양측에 각각 배치된다. 여기서, 각 베어링(55)은 커플링(53)과 일정한 이격거리를 유지하며 배치된다.

상술한 바와 같이, 실시예에 따른 리니어 서보 액츄에이터는 커플링(53)의 양측에 베어링(55)을 배치함으로써, 베어링(55)이 스크류(51)와 서보모터(30)의 센터링을 조정 및 지지하여 각각의 회전운동이 원할하도록 하여 제품의 신뢰성 및 내구성을 향상시킬 수 있다.

상기 외부하우징(70)은 일측으로 로드부(10)의 일단이 관통하는 가이드홀(71)이 형성되고, 로드부(10), 동력전달부(50) 및 서보모터(30) 순으로 일직선상에 배치하여 수납하기 위한 중공부(73)가 가이드홀(71)의 중심축 방향을 따라 내부에 형성된다.

또한, 외부하우징(70)은 중공부(73)의 상측으로 로드부(10)의 이동거리를 측정하기 위한 포텐셔미터(75)와 전체동작을 제어하는 제어보드(77)를 내장하기 위한 수납공간을 형성한다.

상기 포텐셔미터(75)는 서보모터(30)의 구동회전력을 전달받은 로드부(10)의 이동되는 거리를 측정하여 제어보드(77)에 측정결과를 보내는 역할을 수행하는 것으로, 도 2 내지 도 4에 도시된 포텐션미터와 제어보드를 나타내기 위한 도면인 도 5에 도시된 바와 같이, 하부면에 가이드레일(751)이 길이방향으로 형성되고 가이드레일(751)에 무빙바(753)가 결합되어 로드부(10)의 직선으로 왕복운동하는 거리를 실시간으로 측정할 수 있다.

또한, 외부하우징(70)은 로드부(10)가 중공부(73) 내부에서 직선왕복운동하는 것을 가이드하기 위하여 로드부(10)의 외주면이 진퇴 가능하게 끼워지는 가이드링(79)이 가이드홀(71)의 내측으로 구비된다.

또한, 외부하우징(70) 타측 끝단의 내측으로는 후술하는 회전조인트부(90)의 탈착부(91)와의 착탈을 위한 제2 인서트 너트(81)가 구비된다.

또한, 외부하우징(70)은 타측의 상부부위에 제어보드(77)에 전기적인 신호를 인가하기 위한 케이블캡(200)이 배치 및 결합된다.

또한, 외부하우징(70)은 복수의 실시예에 따른 리니어 서보 액츄에이터가 서로 다양한 형태로 연결 및 결합될 수 있도록, 외부하우징(70)의 전면, 배면 그리고 로드부(10)가 슬라이드 이동되는 외부하우징(70)의 일측 각각의 상측 및 하측의 외측에 복수의 체결부재(d)가 외부로 노출되어 배치된다. 또한, 외부하우징(70)은 전면 및 배면 각각의 상측과 하측 사이의 중간부위에 외측으로 돌출되어 형성되며 복수 개의 삽입공(f)을 구비한 외측프레임(e)을 포함한다. 여기서, 상기 체결부재(d)는 너트일 수 있다.

도 6은 병렬 연결된 실시예에 따른 리니어 서보 액츄에이터를 나타내는 도면이다. 여기서, 도 6은 병렬 연결된 실시예에 따른 리니어 서보 액츄에이터를 나타내는 사이도인 도 6a와, 상기 도 6a의 분해사시도인 도 6b를 포함한다.

예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 평행하고 일면이 서로 접하도록 위치된 두 개의 실시예에 따른 리니어 서보 액츄에이터의 외측프레임(e) 상측의 외부로 노출된 체결부재(d)에 병렬연결용 브라킷(h)이 각각 대응하여 결합됨으로써, 상기 두 개의 실시예에 따른 리니어 서보 액츄에이터가 서로 병렬 연결된다. 또한, 외측프레임(e)은 체결용 탄성볼트(j)를 통하여 외부프레임(i)과 체결될 수 있다. 여기서, 상기 외측프레임(e)은 외부프레임(i)과 서로 대응되게 체결될 수 있고 또한, 서로 수직하게 체결될 수 있으며, 이외에도 다른 형상으로 체결될 수 있고 당업자라면 이해할 수 있으므로 상세한 다른 예는 설명을 생략한다. 또한, 상기 외부프레임(i)은 도시하지 않았지만, 후술되는 체결용 탄성볼트(j)의 헤드부의 거치대로써, 중공형 턱을 포함하고, 후술되는 체결용 탄성볼트(j)의 걸림턱과 탈착되는 부위인 걸림홈을 포함한다. 또한, 상기 체결용 탄성볼트(j)는 어느 방향으로도 삽입공(f)에 삽입될 수 있으며, 도시하지 않았지만, 상기 중공형 턱에 거치되는 헤드부, 및 상기 헤드부의 중심축 방향으로 돌출된 돌출부로 구성된다. 상기 돌출부 표면에는 삽입공(f)과의 견고한 결합을 위한 걸림턱이 형성되고 또한, 상기 돌출부의 일정 지점에서 상기 돌출부의 하단 방향으로 4개의 탄성유도홈이 형성되어 상기 돌출부를 4개의 부분으로 분할하도록 구성된다. 이때, 삽입공(f)에 체결용 탄성볼트(j)를 결합하고자 하는 경우에는 체결용 탄성볼트(j)가 삽입공(f)의 상기 중공형 턱의 중공을 통과하게 되면 상기 4개의 탄성유도홈에 의해 4개 부분으로 분할된 상기 돌출부가 상기 중공형 턱의 중공의 중심축 방향으로 오므라들면서 삽입공(f)에 원활하게 삽입되고, 이어서 상기 중공형 턱에 상기 헤드부가 거치되는 순간 오므라진 상기 돌출부가 다시 탄성적으로 복원되어 상기 걸림홈에 상기 걸림턱이 결합됨으로써, 삽입공(f)에 체결용 탄성볼트(j)가 탄성 결합된다. 따라서, 상기 돌출부는 상기한 바와 같은 탄성 결합이 가능할 정도의 탄성을 가지는 재료로 구성되어야 한다.

상기 회전조인트부(90)는 외부하우징(70)과의 탈착이 가능하도록, 외부하우징(70)의 타측 끝단에 탈착되는 탈착부(91)를 포함하며 또한, 탈착부(91)와 회전가능하게 결합되는 회전부(93)를 포함한다.

상기 탈착부(91)는 후술하는 회전부(93)의 조인트축(130)의 양측 끝단과 결합되며, 외부하우징(70)의 제2 인서트 너트(81)에 결합 및 분리되는 체결부재(101)와, 체결부재(101)에 의해 외부하우징(70)과 결합 및 분리되어 외부하우징(70)의 타측 끝단에 탈착되는 포크부재(103)를 포함한다. 또한, 탈착부(91)는 도시하지 않았지만, 포크부재(103)의 내측면에 베어링수용홈을 형성하고, 상기 베어링수용홈에 수용되고 조인트축(130)의 양측 끝단에 결합하여 외부하우징(70)의 제1 방향에 대한 왕복회전운동을 지지하는 복수 개의 회전조인트용 베어링부재를 구비할 수 있다. 여기서, 상기 제1 방향은 외부하우징(70)의 타단이 결합되는 조인트축(130)을 중심축으로 하여 움직이는 외부하우징(70)의 왕복회전운동 방향을 가리킨다.

상기 포크부재(103)는 조인트축(130)의 양측 끝단이 상기 회전조인트용 베어링부재를 통과한 다음 고정되는 고정홀(105)이 형성된다.

상술한 바와 같이, 실시예에 따른 리니어 서보 액츄에이터는 회전조인트부(90)가 외부하우징(70)과의 탈착이 가능하도록, 외부하우징(70)의 타측 끝단에 탈착되는 탈착부(91)를 포함함으로써, 회전조인트부(90)가 사용되지 않을 경우 회전조인트부(90)를 분리할 수 있어서 회전조인트부(90) 장착에 따른 무게나 부피의 증가가 적어 소형이면서도 경량인 상태를 유지할 수 있고 휴대성도 우수하다. 또한, 회전조인트부(90)가 외부하우징(70)과의 탈착이 가능함으로써, 반복적인 회전에 의한 회전조인트부(90)의 유지보수가 용이할 수 있다.

상기 회전부(93)는 동일한 중심축을 가지면서 서로 다른 직경을 갖는 복수의 원통부재가 이중으로 중첩되어 형성되는 조인트본체(110)와, 조인트본체(110)의 측면을 수직으로 관통하고 외부하우징(70)의 타단이 회전가능하게 결합되는 조인트축(130)을 구비하며, 상대적으로 직교하는 두 개의 축 즉 상기 중심축과 조인트축(130)에 대한 왕복 회전운동을 구현하여 2자유도를 갖는다. 여기서, 상기 조인트축(130)은 후술하는 조인트본체(110)의 이너조인트부(111) 및 아웃조인트부(113)와 함께 외부하우징(70)의 타측 끝단에 형성되는 포크부재(103)에 결합된다.

상기 조인트본체(110)는 이너조인트부(111)와 아웃조인트부(113)를 포함한다.

상기 이너조인트부(111)는 조인트본체(110)를 구성하는 복수 개의 원통부재 중 상대적으로 작은 크기로 내측에 배치되는 원통부재로 형성되어 제2 방향에 대한 왕복회전운동을 지지하고, 측면에 조인트축(130)이 원통부재의 몸통을 관통하여 끼워지는 관통홀(121)이 구비되며 상부면 내측으로 조인트축(130)을 고정하기 위한 고정나사(미도시)가 체결되는 제1 고정나사홈(123)이 형성된다. 이때, 상기 조인트축(130)이 끼워진 상태에서 제1 고정나사홈(123)을 통하여 상기 고정나사가 체결되면 조인트축(130)과 이너조인트부(111)는 서로 견고하게 고정되고 조인트축(130)은 중심축을 기준으로 하는 자전운동을 하지 못하게 된다. 여기서, 상기 이너조인트부(111)에 의해 지지되는 제2 방향에 대한 왕복회전운동은 조인트본체(110)를 구성하는 복수 개의 원통부재가 갖는 동일한 중심축을 중심으로 하여 상기 복수 개의 원통부재 사이에 발생하는 왕복회전운동을 가리키는 것으로 보다 상세한 설명은 후술한다.

상기 아웃조인트부(113)는, 제2 방향에 대한 왕복회전운동을 형성하기 위하여, 이너조인트부(111)와 동일한 중심축을 가지며 이너조인트부(111)의 외주면을 둘러싸는 형태의 원통부재로 형성된다. 이때, 아웃조인트부(113)는 도시하지 않았지만, 하부면 내측으로 아웃조인트부(113)를 형성하는 원통부재의 몸통을 고정하기 위한 고정나사가 체결되는 제2 고정나사홈이 형성된다.

또한, 아웃조인트부(113)는 측면의 상부부위에 이너조인트부(111)의 관통홀(121)의 직경에 비해 상대적으로 긴 길이의 직경이 길이방향으로 절개되어 형성되며 조인트축(130)의 이동범위를 제한하는 타원형 슬롯(141)을 구비하고, 내부에 이너조인트부(111)를 수용하기 위한 원통형의 수용공간을 구비한다.

여기서, 이너조인트부(111)의 제2 방향에 대한 왕복회전운동 범위는 아웃조인트부(113)에 구비되는 타원형 슬롯(141)의 길이방향에 대해 절개되는 직경의 길이로 조절될 수 있다.

즉, 아웃조인트부(113)가 회전조인트부(90)의 외부에 형성되는 지지체(미도시)에 고정된 상태에서 이너조인트부(111)가 제2 방향으로 왕복회전운동을 할 경우에 상기 타원형슬롯(141)의 길이방향에 대한 직경의 형성범위를 조인트축(130)의 중심축을 기준으로 1 °~ 180°범위로 조절하여 2자유도를 가지며 서로 직교하는 두 개의 축에 대한 왕복회전운동을 구현할 수 있다.

이때, 상기 타원형 슬롯(141)이 조인트축(130)이 끼워지는 이너조인트부(111)의 관통홀(121)과 크기가 동일할 경우에는 이너조인트부(111) 및 아웃조인트부(113) 사이에서 제2 방향의 왕복회전운동이 일어나지 않아 외부하우징(70)의 제 1 방향에 대한 1자유도만 존재하게 된다.

이하, 실시예에 따른 리니어 서보 액츄에이터의 동작을 상세하게 설명한다.

실시예에 따른 리니어 서보 액츄에이터를 구성하는 로드부(10)는 전기신호가 제어보드(77)로 인가되면 서보모터(30)의 구동회전력을 서보모터(30)와 일직선상에 배치된 커플링(53)과 스크류(51) 순으로 전달받아 외부하우징(70)의 내부에 형성된 중공부(73)를 이동하여 외부하우징(70)의 내외부로 슬라이드 이동되게 동작한다.

또한, 실시예에 따른 리니어 서보 액츄에이터를 구성하는 회전조인트부(90)는 조인트축(130)을 중심으로 하는 외부하우징(70)의 왕복회전운동을 제1 방향으로 하고, 조인트본체(110)를 구성하는 이너조인트부(111)와 아웃조인트부(113)가 갖는 동일한 중심축을 중심으로 하여 이너조인트부(111)와 아웃조인트부(113) 사이에 발생하는 왕복회전운동을 제2 방향으로 하며, 상대적으로 직교하는 제1 방향 및 제2 방향의 두 개 축 방향에 대하여 2자유도를 갖는 왕복 회전운동을 구현한다.

상기와 같이, 본 발명은 커플링(53)이 스크류(51)와 서보모터(30) 사이에 배치됨으로써, 외부하우징(70)의 중공부(73)에 로드부(10), 동력전달부(50) 및 서보모터(30) 순으로 일직선상에 배치되는 특징과, 커플링(53)의 양측에 베어링(55)을 배치함으로써, 베어링(55)이 스크류(51)와 서보모터(30)의 센터링을 조정 및 지지하여 각각의 회전운동이 원할하도록 하는 특징과, 회전조인트부(90)가 외부하우징(70)과의 탈착이 가능하도록, 외부하우징(70)의 타측 끝단에 탈착되는 탈착부(91)를 포함함으로써, 회전조인트부(90)가 사용되지 않을 경우 회전조인트부(90)를 분리할 수 있는 특징과, 외부하우징(70) 내부에 서보모터(30)의 구동에 의해 직선운동하는 로드부(10)를 제어하는 제어보드(77)와 로드부(10)의 이동거리를 감지하기 위한 포텐셔미터(75)를 일체형으로 내장하는 특징, 및 상대적으로 직교하는 두 개의 축에 대한 왕복 회전운동을 구현하여 2자유도를 갖는 회전조인트부(90)를 구성하기 위하여 단순한 구조를 갖는 조인트본체(110)로 형성하는 특징에 의해 생체모방형 로봇의 내골격 구조에 적합한 소형화를 만족시킬 수 있으며 기계적 구성이 간단하여 제어가 용이한 리니어 서보 액츄에이터를 제공할 수 있다.

이상, 본 발명의 결합형 외부하우징을 구비한 소형 리니어 서보 액츄에이터에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.

그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 전해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 로드부 11 : 회전방지용 그루브
13 : 일자형홈 30 : 서보모터
31 : 회전축 50 : 동력전달부
51 : 스크류 53 : 커플링
55 : 베어링 70 : 외부하우징
71 : 가이드홀 73 : 중공부
75 : 포텐션미터 77 : 제어보드
79 : 가이드링 80 : 제1 인서트 너트
81 : 제2 인서트 너트 90 : 회전조인트부
91 : 탈착부 93 : 회전부
101 : 체결부재 103 : 포크부재
105 : 고정홀 110 : 조인트본체
111 : 이너조인트부 113 : 아웃조인트부
121 : 관통홀 123 : 제1 고정나사홈
130 : 조인트축 141 : 타원형 슬롯

Claims

직선왕복운동을 수행하는 로드부;
상기 로드부를 구동시키기 위한 구동력을 공급하기 위하여 회전축을 구비하는 서보모터;
상기 서보모터의 회전축에 의한 회전운동을 상기 로드부의 직선왕복운동으로 변환하기 위한 동력전달부;
일측으로 상기 로드부의 일단이 관통하는 가이드홀이 형성되고, 상기 로드부, 상기 동력전달부 및 상기 서보모터 순으로 일직선상에 배치하여 수납하기 위한 중공부가 상기 가이드홀의 중심축 방향을 따라 내부에 형성되는 외부하우징; 및
상기 외부하우징의 타측 끝단에 탈착되며, 상대적으로 직교하는 두 개의 축에 대한 왕복 회전운동을 구현하여 2자유도를 갖는 회전조인트부;
를 포함하는 리니어 서보 액츄에이터.
제1 항에 있어서, 상기 동력전달부는,
상기 로드부와 결합되는 스크류;
상기 스크류와 상기 서보모터의 회전축을 직렬연결하여 상기 로드부, 상기 동력전달부 및 상기 서보모터 순으로 일직선상에 배치될 수 있도록, 상기 스크류와 상기 서보모터 사이에 배치되어 상기 서보모터의 회전력을 상기 스크류로 전달하는 커플링; 및
상기 스크류와 상기 서보모터의 센터링을 조정 및 지지하여 각각의 회전운동이 원할하도록, 상기 커플링의 양측에 각각 배치되는 베어링;
을 구비하는 리니어 서보 액츄에이터.
제1 항에 있어서, 상기 외부하우징은,
복수의 리니어 서보 액츄에이터가 서로 다양한 형태로 연결될 수 있도록, 상기 외부하우징의 전면, 배면 그리고 상기 일측 각각의 상측 및 하측의 외측에 노출되어 배치된 복수의 체결부재와, 상기 전면 및 상기 배면 각각의 상측과 하측 사이의 중간부위에 외측으로 돌출되어 형성되며 복수 개의 삽입공을 구비한 외측프레임을 포함하는 리니어 서보 액츄에이터.
제1 항에 있어서, 상기 회전조인트부는,
상기 외부하우징과의 탈착이 가능하도록, 상기 외부하우징의 타측 끝단에 탈착되는 탈착부; 및
상기 탈착부재와 회전가능하게 결합되는 회전부;
를 포함하는 리니어 서보 액츄에이터.
제4 항에 있어서, 상기 회전부는,
동일한 중심축을 가지면서 서로 다른 직경을 갖는 복수의 원통부재가 이중으로 중첩되어 형성되는 조인트본체; 및
상기 조인트본체의 측면을 수직으로 관통하고 상기 외부하우징의 타단이 회전가능하게 결합되는 조인트축; 을 구비하며,
상대적으로 직교하는 상기 중심축과 상기 조인트축에 대한 왕복 회전운동을 구현하여 2자유도를 갖는 리니어 서보 액츄에이터.
제5 항에 있어서, 상기 탈착부는,
상기 조인트축의 양측 끝단과 결합되며, 상기 외부하우징의 타측 끝단에 나사결합 하여 상기 외부하우징의 타측 끝단에 탈착되는 포크부재를 구비하는 리니어 서보 액츄에이터.
제5 항에 있어서, 상기 조인트본체는,
원통부재로 형성되고, 측면에 상기 조인트축이 끼워지는 관통홀이 구비되며 상부면 내측으로 상기 조인트축을 고정하기 위한 고정나사가 체결되는 고정나사홈이 형성되는 이너조인트부; 및
상기 이너조인트부와 동일한 중심축을 가지며 상기 이너조인트부의 외주면을 둘러싸도록 상기 이너조인트부보다 큰 크기의 원통부재로 형성되고, 상기 이너조인트부의 관통홀 직경에 비해 상대적으로 긴 길이의 직경이 길이방향으로 절개되어 형성되며 상기 조인트축의 이동범위를 제한하는 타원형 슬롯을 측면에 구비하는 아웃조인트부;
를 구비하는 리니어 서보 액츄에이터.