KR20180021463A - 무게가 최소화된 고하중 구동모듈 - Google Patents

Abstract

베이스링크; 회전토크가 인가되는 입력축이 마련되며, 베이스링크에 연결되어 베이스링크를 기준으로 회전하는 구동링크; 및 구동링크의 입력축 양단에 각각 마련되어 입력축을 통해 인가된 회전토크를 증폭하고, 각각의 출력단이 구동링크에 연결되어 증폭된 회전토크를 구동링크에 전달함으로써 구동링크가 베이스링크를 기준으로 회전할 수 있도록 하는 한 쌍의 감속기;를 포함하는 무게가 최소화된 고하중 구동모듈이 소개된다.

Description

무게가 최소화된 고하중 구동모듈 {WEIGHT MINIMIZED DRIVING MODULE FOR HIGH LOADING}

본 발명은 대형 보행로봇 등에 있어서 고하중을 견디면서도 무게가 최소화될 수 있도록 하는 무게가 최소화된 고하중 구동모듈에 관한 것이다.

무거운 중량의 이동이 필요한 대형 탑승 보행로봇 등의 경우 저중량 설계를 수행하는 것이 안정성에 있어 매우 유리하다. 그리고 이러한 고중량의 매니퓰레이터는 하중을 지지하고 감당하기 위해 고토크가 필요하다.

그러나 현재까지 개발된 감속기의 경우 고토크를 구현하기 위해서는 감속기의 용량 증대가 필요하고 그에 따라 감속기의 사이즈 증대가 불가피하며 이는 다시 중량의 증대로 이어지는 문제가 있었다.

감속기의 경우 허용토크가 클수록 그 사이즈도 함께 증대되기 때문에 감속기의 사이즈를 증대시키지 않고서도 종래보다 좀 더 고토크의 출력을 허용할 수 있도록 구동모듈의 새로운 설계가 필요한 것이다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10-1208406 B1

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 허용토크가 증대되지 않은 동일한 감속기를 이용하면서도 고하중을 견딜 수 있도록 하는 무게가 최소화된 고하중 구동모듈을 제공하고자 함이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 무게가 최소화된 고하중 구동모듈은, 베이스링크; 회전토크가 인가되는 입력축이 마련되며, 베이스링크에 연결되어 베이스링크를 기준으로 회전하는 구동링크; 및 구동링크의 입력축 양단에 각각 마련되어 입력축을 통해 인가된 회전토크를 증폭하고, 각각의 출력단이 구동링크에 연결되어 증폭된 회전토크를 구동링크에 전달함으로써 구동링크가 베이스링크를 기준으로 회전할 수 있도록 하는 한 쌍의 감속기;를 포함한다.

한 쌍의 감속기는 하모닉 드라이브이며, 각각의 웨이브 제너레이터가 입력축의 양단에 연결되고, 웨이브 제너레이터의 외측으로 각각의 플렉스 스플라인과 써큘러 스플라인이 서로 마주보도록 대칭적으로 배치될 수 있다.

구동링크에는 한 쌍의 감속기의 각각의 플렉스 스플라인의 출력단이 연결되고, 구동링크는 한 쌍의 플렉스 스플라인으로부터 동시에 회전토크를 입력받을 수 있다.

베이스링크에는 구동모터가 설치되고, 구동모터는 풀리유닛을 통해 구동링크의 입력축에 회전력을 전달할 수 있다.

풀리유닛은 구동모터와 입력축을 연결하는 순환벨트 및 순환벨트에 장력을 전달하는 텐션릴로 구성되고, 텐션릴은 순환벨트의 외측에서 베이스링크에 설치되어 순환벨트를 가압할 수 있다.

텐션릴은 베이스링크에 볼트를 통해 고정된 마운팅플레이트 및 마운팅플레이트의 일측에 설치되어 순환벨트를 가압하는 가압롤러로 구성되고, 가압롤러의 중심축은 볼트의 중심축으로부터 볼트의 잠김 방향으로 이격되어 배치될 수 있다.

베이스링크는 보행로봇의 허벅지링크이고, 구동링크는 보행로봇의 종아리링크이며, 입력축과 한 쌍의 감속기는 보행로봇의 무릎 부분에 마련될 수 있다.

본 발명의 무게가 최소화된 고하중 구동모듈에 따르면, 허용토크가 증대되지 않은 동일한 감속기를 이용하면서도 고하중을 견딜 수 있도록 하는 무게가 최소화된 고하중 구동모듈을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무게가 최소화된 고하중 구동모듈이 로봇의 하지에 적용된 실시예.
도 2 내지 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무게가 최소화된 고하중 구동모듈의 사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무게가 최소화된 고하중 구동모듈의 단면도.
도 5는 도 4의 단면도의 부분 확대도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무게가 최소화된 고하중 구동모듈이 로봇의 하지에 적용된 실시예.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무게가 최소화된 고하중 구동모듈이 로봇의 하지에 적용된 실시예이고, 도 2 내지 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무게가 최소화된 고하중 구동모듈의 사시도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무게가 최소화된 고하중 구동모듈의 단면도이고, 도 5는 도 4의 단면도의 부분 확대도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무게가 최소화된 고하중 구동모듈이 로봇의 하지에 적용된 실시예이다.

본 발명에 따른 무게가 최소화된 고하중 구동모듈은, 베이스링크(100); 회전토크가 인가되는 입력축(H10)이 마련되며, 베이스링크(100)에 연결되어 베이스링크(100)를 기준으로 회전하는 구동링크(300); 및 구동링크(300)의 입력축(H10) 양단에 각각 마련되어 입력축(H10)을 통해 인가된 회전토크를 증폭하고, 각각의 출력단이 구동링크(300)에 연결되어 증폭된 회전토크를 구동링크(300)에 전달함으로써 구동링크(300)가 베이스링크(100)를 기준으로 회전할 수 있도록 하는 한 쌍의 감속기(H,H');를 포함한다.

도 1과 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 무게가 최소화된 고하중 구동모듈이 로봇의 하지에 적용된 실시예로서, 본 발명은 승객이 탑승하는 탑승형의 보행 로봇에 적용이 가능하다. 이러한 보행로봇의 경우 중량이 무거워 매우 큰 허용토크가 필요하다. 그러나 허용토크가 2배로 증대될 경우 감속기는 이론상 직경이 2배, 면적이 4배, 부피와 무게는 8배인 감속기가 필요하기 때문에 이는 다시 중량과 크기의 증대로 이어져 현실적인 해결책이 되지 못하였다.

본 발명의 경우 구동모터는 하나이지만 감속기(H,H')가 양측에 병렬로 연결되기 때문에 구동모듈 자체의 허용토크가 2배로 증대되는 효과가 있다. 이는 단순히 종래와 같이 감속기를 직렬로 연결하는 것과는 다른 것으로서, 감속기를 직렬로 연결할 경우 출력토크는 증가 될 수 있지만, 구동모듈 자체의 허용토크에는 변화가 없는 것이고, 본 발명과 같이 감속기를 병렬로 연결할 경우에는 출력토크에는 변화가 없지만 구동모듈의 허용토크는 증대되는 것이다.

구체적으로, 도 2 내지 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무게가 최소화된 고하중 구동모듈의 사시도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무게가 최소화된 고하중 구동모듈의 단면도이다.

먼저 베이스링크(100)가 마련된다. 그리고 회전토크가 인가되는 입력축(H10)이 마련되며, 베이스링크(100)에 연결되어 베이스링크(100)를 기준으로 회전하는 구동링크(300)가 마련된다. 베이스링크(100)와 구동링크(300)의 사이에는 감속기가 배치되어 구동링크(300)가 베이스링크(100)를 기준으로 회전할 수 있도록 한다. 감속기의 경우 구동링크(300)의 입력축(H10) 양단에 각각 마련되어 입력축(H10)을 통해 인가된 회전토크를 증폭하도록 한 쌍으로 마련된다. 그리고 한 쌍의 감속기(H,H')는 각각의 출력단이 구동링크(300)에 연결되어 증폭된 회전토크를 구동링크에 전달함으로써 구동링크(300)가 베이스링크(100)를 기준으로 회전할 수 있도록 하고, 결국 하나의 입력이 두 개의 감속기(H,H')로 분기된 후 다시 구동링크(300)에 동시에 병합되어 감속기(H,H')가 병렬로 연결되는 형태를 취한다. 그리고 이를 통해 구동모듈 자체의 허용토크를 2배로 증대시키는 것이다.

구체적으로, 도 4와 같이, 한 쌍의 감속기는 하모닉 드라이브이며, 각각의 웨이브 제너레이터(H20)가 입력축(H10)의 양단에 연결되고, 웨이브 제너레이터(H20)의 외측으로 각각의 플렉스 스플라인(H30)과 써큘러 스플라인(H40)이 서로 마주보도록 대칭적으로 배치될 수 있다.

구동링크(300)에는 한 쌍의 감속기(H,H')의 각각의 플렉스 스플라인(H30)의 출력단이 연결되고, 구동링크(300)는 한 쌍의 플렉스 스플라인(H30)으로부터 동시에 회전토크를 입력받을 수 있다. 따라서, 각각의 감속기(H,H')는 입력축(H10)을 기준으로 양측에 배치되어 동일한 입력을 나누어 받게 되며 다시 구동링크(300)에는 플렉스 스플라인(H30)의 출력단이 함께 연결되어 동력을 전달함으로써 병렬식으로 구동을 전달하는 것이다. 이를 위해 한 쌍의 감속기(H,H')는 양측에 대칭적으로 마주보도록 배치되어야 한다. 그리고 이를 위해 각각의 써큘러 스플라인(H40)은 베이스링크(100)에 고정된다.

이와 같이 감속기가 대칭이 되도록 배치됨으로써 웨이브 제너레이터(H20)에서 발생되는 추력은 서로 상쇄가 가능하다. 즉, 감속기의 가감속이 웨이브 제너레이터(H20)에는 외측 또는 내측으로 추력이 발생되는데, 입력축(H10)의 양측으로 대칭되도록 감속기(H,H')가 배치됨으로써 추력의 방향이 서로 마주보거나 서로 멀어지는 방향으로 작용하여 입력축(H10)에 가해지는 추력이 상쇄될 수 있는 것이다.

도 5는 도 4의 단면도의 부분적인 확대도인데, 도면에서 볼 수 있듯이, 웨이브 제너레이터(H20)에서 발생되는 추력은 입력축(H10)의 부시(H12)를 타고 베어링(H14)으로 전달된다. 그리고 베어링(H14)에 작용하는 추력은 부시(H12)를 통해 구동링크(300)에 작용하는 것이다. 이와 같이 매우 작은 부시 하나 만으로도 추력의 감당이 가능한 이유는 앞서 살핀 것과 같이 감속기의 추력이 서로 상쇄되기 때문이며, 또한 부시(H13)와 베어링(H14)을 통해 양 측 감속기의 동심을 쉽게 구현할 수 있다는 장점도 있다. 부시(H13)는 베어링(H14)과 입력축(H10), 구동링크(300) 및 플렉스 스플라인(H30)을 함께 지지하는 구조여서 양 측 감속기의 동심이 잘 일치되고 구동시 어긋남이 없이 회전이 원활해지는 것이다.

베이스링크(100)에는 구동모터가 설치되고, 구동모터는 풀리유닛(P)을 통해 구동링크(300)의 입력축(H10)에 회전력을 전달할 수 있다. 도 3에는 모터가 도시되지 않고 풀리유닛(P) 만이 도시된 상태가 기재된다. 모터는 도면에서 생략되어 있지만, 모터의 구동축은 풀리유닛(P)을 가동하여 입력축(H10)에 회전력을 부여한다.

풀리유닛(P)은 구동모터와 입력축(H10)을 연결하는 순환벨트(P20) 및 순환벨트(P20)에 장력을 전달하는 텐션릴로 구성되고, 텐션릴은 순환벨트(P20)의 외측에서 베이스링크(100)에 설치되어 순환벨트(P20)를 가압할 수 있다.

특히, 도 1 및 3과 같이, 텐션릴은 베이스링크(100)에 볼트(T20)를 통해 고정된 마운팅플레이트(T10) 및 마운팅플레이트(T10)의 일측에 설치되어 순환벨트(P20)를 가압하는 가압롤러(T30)로 구성되고, 가압롤러(T30)의 중심축은 볼트(T20)의 중심축으로부터 볼트(T20)의 잠김 방향으로 이격되어 배치될 수 있다. 즉, 마운팅플레이트(T10)는 볼팅(T20)을 통해 베이스링크(100)의 일측으로 연장된 브라켓(120)에 고정되는데, 볼트(T20)는 마운팅플레이트(T10)의 중심이 아닌 일측으로 치우친 지점에 배치된다. 그리고 그 타측에는 가압롤러(T30)가 설치되는데 가압롤러(T30)는 설치된 위치에서 볼 때 볼트(T20)의 중심축으로부터 볼트(T20)의 잠김 방향으로 이격되어 배치될 수 있다.

만약 볼트(T20)가 시계방향으로 잠기는 구조라면 도시된 바와 같이 좌측으로 가압롤러(T30)가 배치되기 때문에 벨트(P20)의 장력이 가압롤러(T30)에 가해지더라도 가압롤러(T30)는 볼트(T20)가 최대한 잠긴 상태라면 더 이상 시계방향으로 회전할 수 없어 결국 가압롤러(T30), 마운팅플레이트(T10), 베이스링크(100)의 상대적인 위치는 고정되는 것이다. 즉, 순환벨트(P20)의 장력이 가해지더라도 마운팅플레이트(T10) 또는 가압롤러(T30)가 풀려 동력 전달에 이상이 발생되는 경우를 원천적으로 차단하도록 하는 것이다.

한편, 본 발명의 경우에는 도 1 및 6에 도시된 바와 같이 대형 탑승형 로봇에 적용이 가능하다. 그리고 이 경우 베이스링크(100)는 보행로봇의 허벅지링크이고, 구동링크(300)는 보행로봇의 종아리링크이며, 입력축(H10)과 한 쌍의 감속기(H,H')는 보행로봇의 무릎 부분에 마련될 수 있다.

이와 같은 본 발명의 무게가 최소화된 고하중 구동모듈에 따르면, 허용토크가 증대되지 않은 동일한 감속기를 이용하면서도 고하중을 견딜 수 있도록 하는 무게가 최소화된 고하중 구동모듈을 제공할 수 있다.

본 발명의 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

100 : 베이스링크 300 : 구동링크
H : 감속기 P : 풀리유닛

Claims (10)

1. 베이스링크;
   회전토크가 인가되는 입력축이 마련되며, 베이스링크에 연결되어 베이스링크를 기준으로 회전하는 구동링크; 및
   구동링크의 입력축 양단에 각각 마련되어 입력축을 통해 인가된 회전토크를 증폭하고, 각각의 출력단이 구동링크에 연결되어 증폭된 회전토크를 구동링크에 전달함으로써 구동링크가 베이스링크를 기준으로 회전할 수 있도록 하는 한 쌍의 감속기;를 포함하는 무게가 최소화된 고하중 구동모듈.
2. 청구항 1에 있어서,
   한 쌍의 감속기는 하모닉 드라이브이며, 각각의 웨이브 제너레이터가 입력축의 양단에 연결되고, 웨이브 제너레이터의 외측으로 각각의 플렉스 스플라인과 써큘러 스플라인이 서로 마주보도록 대칭적으로 배치된 것을 특징으로 하는 무게가 최소화된 고하중 구동모듈.
3. 청구항 2에 있어서,
   구동링크에는 한 쌍의 감속기의 각각의 플렉스 스플라인의 출력단이 연결되고, 구동링크는 한 쌍의 플렉스 스플라인으로부터 동시에 회전토크를 입력받는 것을 특징으로 하는 무게가 최소화된 고하중 구동모듈.
4. 청구항 1에 있어서,
   베이스링크에는 구동모터가 설치되고, 구동모터는 풀리유닛을 통해 구동링크의 입력축에 회전력을 전달하는 것을 특징으로 하는 무게가 최소화된 고하중 구동모듈.
5. 청구항 4에 있어서,
   풀리유닛은 구동모터와 입력축을 연결하는 순환벨트 및 순환벨트에 장력을 전달하는 텐션릴로 구성되고, 텐션릴은 순환벨트의 외측에서 베이스링크에 설치되어 순환벨트를 가압하는 것을 특징으로 하는 무게가 최소화된 고하중 구동모듈.
6. 청구항 5에 있어서,
   텐션릴은 베이스링크에 볼트를 통해 고정된 마운팅플레이트 및 마운팅플레이트의 일측에 설치되어 순환벨트를 가압하는 가압롤러로 구성되고, 가압롤러의 중심축은 볼트의 중심축으로부터 볼트의 잠김 방향으로 이격되어 배치된 것을 특징으로 하는 무게가 최소화된 고하중 구동모듈.
7. 청구항 1에 있어서,
   베이스링크는 보행로봇의 허벅지링크이고, 구동링크는 보행로봇의 종아리링크이며, 입력축과 한 쌍의 감속기는 보행로봇의 무릎 부분에 마련된 것을 특징으로 하는 무게가 최소화된 고하중 구동모듈.
8. 청구항 1에 있어서,
   
   것을 특징으로 하는 무게가 최소화된 고하중 구동모듈.
9. 청구항 1에 있어서,
   
   것을 특징으로 하는 무게가 최소화된 고하중 구동모듈.
10. 청구항 1에 있어서,
    
    것을 특징으로 하는 무게가 최소화된 고하중 구동모듈.

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