WO2013062375A2 - 위치 피드백이 가능한 사이클로이드 감속기 - Google Patents

위치 피드백이 가능한 사이클로이드 감속기 Download PDF

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WO2013062375A2
WO2013062375A2 PCT/KR2012/008901 KR2012008901W WO2013062375A2 WO 2013062375 A2 WO2013062375 A2 WO 2013062375A2 KR 2012008901 W KR2012008901 W KR 2012008901W WO 2013062375 A2 WO2013062375 A2 WO 2013062375A2
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gear
rotation
gears
output member
eccentric shafts
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김병수
이정호
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로보티즈
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H1/00—Toothed gearings for conveying rotary motion
    • F16H1/28—Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion
    • F16H1/32—Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion in which the central axis of the gearing lies inside the periphery of an orbital gear
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/102—Gears specially adapted therefor, e.g. reduction gears
    • B25J9/1025—Harmonic drives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators

Definitions

  • the present invention relates to a cycloidal speed reducer, and more particularly to a cycloidal speed reducer capable of position feedback by detecting the rotation of the output member.
  • Robots are used in a variety of applications, ranging from industrial robots to humanoid robots, and flexible joint movement is possible through actuators with deceleration functions.
  • Actuator related to driving is a very important core part in this robot technology, and furthermore, the main components constituting the actuator can be a reducer, and there are various kinds of such reducers, such as gear type reducers and electric ball reducers. And cycloid reducer.
  • the gear type reducer is the most common type of reducer, and it uses the Involute Tooth Form.
  • the gear type reducer has an epicycloid curve and a hypocycloid curve. It is a speed reducer that allows the ball to rotate in the guide groove in the shape of a ball to execute the deceleration rotation.
  • the harmonic drive reducer flexes only the elliptic motion part by a bearing that is swept into an oval shape when the wave generator bundle is rotated. It is transmitted to the plane and flexpline is a speed reducer that induces deceleration by rotating slowly by skipping the outermost ring gear one by one.
  • Cycloid reducer is usually fixed pin and eccentrically rotates Trochoid Gear as a planetary gear. To be placed at the same angle It is a speed reducer that performs deceleration rotation only by rotating the trocoid gear through a pin hole and a pin, and there are also reducers which are mutually combined and deformed based on these.
  • cycloidal decelerators are widely used in fields requiring precise control because they can implement various reduction ratios and are advantageous for high precision and high speed reduction.
  • Prior arts related to such a reducer include: Registered Room No. 0325018 'Cycloid Reducer Using Involute Gear', Publication No. 2010-0038146 'Rotary Reducer', Publication No. 2011-0068500 'Multi-Axis Cycloid Reducer' have.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a conventional cycloidal speed reducer.
  • a plurality of pin gears 12 are installed at predetermined intervals along the inner circumferential surface of the separately manufactured case 10
  • induction with the pin gear 12 induces a deceleration through vibration friction.
  • a pair of plate gears 14, which are eccentric to each other, are installed, and a separate cross roller bearing 16 is reassembled at the input end, so that it is not free from the above problems, and further miniaturization. It was also a factor that hindered.
  • Another object of the present invention is to provide a cycloidal speed reducer that can realize high precision and high reduction by minimizing machining and assembly errors and can be manufactured at low cost.
  • Another object of the present invention to provide a cycloidal speed reducer capable of position feedback by detecting the rotation of the output member.
  • a cycloidal reducer includes: a case having a mounting space and a plurality of pin gears protruding from an inner circumferential surface of the mounting space and formed along the inner circumferential surface; An input gear rotatable with power input from the outside; First and second eccentric shafts which are eccentric from the rotation center of the input gear and sequentially protrude from the input gear; First and second plate gears respectively installed on the first and second eccentric shafts and rotating in contact with the pin gears according to the rotation of the first and second eccentric shafts; An output member fixed to the plate gear and rotating together with the plate gear; And detecting a rotation of the output member and converting the detected result into an electrical signal and transmitting the converted position signal.
  • the position detector sequentially penetrates through the input gear, the first and second eccentric shafts, and the first and second plate gears, and is fixed to an output shaft installed at the center of the output member and rotates together with the output shaft.
  • Rotating rod A magnet fixed to the other end of the rotating rod; And it may be provided with a printed circuit board spaced apart from the magnet, the magnetic encoder mounted to detect the rotation of the magnet.
  • the position detector includes a rod housing installed at the center of the input side of the case; And a bearing inserted into the rod housing to support the rotating rod.
  • the position detector sequentially penetrates through the input gear, the first and second eccentric shafts, and the first and second plate gears, and is fixed to an output shaft installed at the center of the output member and rotates together with the output shaft.
  • Rotating rod A printed circuit board spaced apart from the rotating rod; And mounted on the printed circuit board, it may be provided with an encoder coupled to the lower end of the rotating rod to sense the rotation of the rotating rod.
  • the first and second eccentric shafts may be eccentric in opposite directions.
  • the number of teeth of the pin gears may be greater than the number of teeth of the first and second plate gears.
  • the case may further include a bearing recess formed along the inner circumferential surface and positioned at the output side of the pin gear, and the cycloid reducer may be inserted into the bearing groove to support the output member.
  • the structure of the cycloid reducer can be simplified and downsized.
  • the processing error and assembly error of the cycloid reducer it is possible to reduce the manufacturing cost by securing high precision high reduction characteristics.
  • position feedback is possible by sensing the rotation of the output member, precise control is possible.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a conventional cycloidal speed reducer.
  • Figure 2 is a perspective view schematically showing a cutaway cycloid reducer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the cycloidal gear reducer shown in FIG. 2.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view showing a cross section of the cycloid reducer shown in FIG.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view showing the cycloid reducer and the position detector shown in FIG.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view illustrating the rotating rod, the magnet, and the rod bearing shown in FIG. 5.
  • FIG. 7 is a perspective view schematically showing a position detector according to another embodiment of the present invention.
  • Cycloidal speed reducer according to an embodiment of the present invention is a speed reducer using an internal gear of the Epitrochoid tooth type.
  • the pin gear 11 and the plate gear 300 which will be described later, may have a tooth shape in the form of epitroid, but may have an involute tooth shape.
  • the case 100 has a cylindrical mounting space.
  • the pin gear 110 protrudes from the inner circumferential surface of the mounting space and is formed along the inner circumferential surface.
  • the pin gear 110 may be integrally molded when the case 100 is molded.
  • the conventional pin gear 110 employs a method in which roll-shaped pins are planted and fixed one by one in the case 100. Therefore, as well as the assembly tolerance, it is produced separately, it is difficult to achieve the object that requires high precision and high deceleration due to the processing error during the production, causing a malfunction.
  • the pin gear 110 corresponding to the plate gear 300 having the epitroid tooth shape is integrated together in the case 100 forming step, thereby integrating the processing error as well. Errors can be minimized and manufacturing costs can be reduced.
  • the input gear 200 may be mounted in a mounting space of the case 100, and may be connected to the motor through a lower end (or based on FIG. 2) (or an input side) of the case 100.
  • the rotating shaft of the motor (not shown) becomes an input shaft, and a drive gear (not shown) fixed to the input shaft meshes with the input gear 200 to transmit power to the input gear 200. That is, the drive gear and the input gear 200 are engaged with a spur gear type or a helical gear type, and the rotation shaft of the drive gear and the rotation shaft of the input gear are arranged in parallel with each other.
  • the input gear 200 may be directly connected to the rotating shaft of the motor, or may be engaged with the drive gear in a bevel gear type.
  • the first and second eccentric shafts S1 and S2 protrude sequentially from the input gear 200 toward the output side, and the first eccentric shaft S1 is closer to the input gear 200 than the second eccentric shaft S2. Is located.
  • the first and second eccentric shafts are eccentric from the center of rotation of the input gear 200, and the eccentric direction is the opposite direction, but the eccentric amount is substantially the same.
  • the first and second eccentric shafts S1 and S2 are connected to the input gear 200 through the central axis 210.
  • the first and second plate gears 302 and 304 are circular disk shapes of the same size and have an epitroid tooth shape.
  • the first and second plate gears 302 and 304 are tightly fixed to each other and have a plurality of plate holes 310 formed around the center thereof. As shown in FIG. 4, the first and second plate gears 302 and 304 are coupled to each other through a fixing pin 330 inserted into the plate hole 310, and may transmit power to the output member 500.
  • the first plate gear 302 is rotatably installed on the first eccentric shaft S1
  • the second plate gear 304 is rotatably installed on the second eccentric shaft S2.
  • the first and second plate gears 302 and 304 are disposed eccentrically with each other and rotate while contacting the pin gear 110 in accordance with the rotation of the first and second eccentric shafts S1 and S2. The speed is reduced according to the difference in the number of teeth of the gears 302 and 304 and the pin gear 110.
  • the motor decelerates and rotates at the gear ratio of the number of teeth). For example, if the number of teeth of the plate gear 300 is 50, the number of teeth of the pin gear 110 is 51, and the plate gear 300 has a reduction ratio of 1/50.
  • the vibration generated through the first and second plate gears 302 and 304 may be cancelled. And it can double the engagement with the pin gear (110).
  • the output member 500 has a binding hole 520, the binding pin 340 protruding from one surface of the plate gear 300 is inserted into the binding hole 520, the first and second plate gear (302, 304) And the output member 500 to bind.
  • the case 100 has a bearing groove 120 recessed along an inner circumferential surface, and the bearing groove 120 is located at the output side of the pin gear 110.
  • the cross roller bearing 400 is installed at the output side of the plate gear 300, and the output member 500 is installed at the output side of the cross roller bearing 400.
  • a part of the cross roller bearing 400 is inserted into the bearing groove 120, and the other part of the cross roller bearing 400 is inserted into the recess (not shown) recessed from the lower surface of the output member 500 (based on FIG. 2).
  • the output member 500 can smoothly rotate in a state supported by the cross roller bearing 400.
  • the cross roller bearing 400 is described as an example, but the cross roller bearing 400 may be replaced with another bearing.
  • a bearing housing (not shown) including a cross roller bearing 400 is separately fixed to the output side of the case 100.
  • the outer ring of the cross roller bearing 400 is integrally formed with the case 100, and through this, the cross roller bearing 400 may be integrally implemented with the case 100. Errors and processing errors can be minimized.
  • bearing housing does not need to be fixed separately as in the related art, additionally required fixing bolts can be omitted and cost can be reduced, and precise centering work can be omitted during assembly, thereby improving accuracy and productivity. have.
  • weight and weight can be realized by minimizing volume and weight.
  • the output member 500 is in the form of a circular flange, which has the advantage that the connection for the output is very free and easy.
  • the output member 500 has an output shaft 510 installed at the center.
  • the cycloid reducer further includes a position detector 600, it can detect the rotation of the output member 500.
  • the position detector 600 may be an encoder capable of detecting the position of the output member 500 (or the output shaft 510) by detecting the number of rotations according to the rotational direction of the output member 500, and the magnetic encoder as an absolute encoder. Can be. However, as discussed below, the position detector 600 may be replaced with a potentiometer or optical rotary absolute encoder.
  • the position detector 600 converts the detected position information into an electrical signal and transmits it to a controller (not shown). The controller may control an input value of the motor through feedback.
  • the rotating rod 610 is fixed to the output shaft 510 by sequentially passing through the input gear 200, the first and second eccentric shafts S1 and S2, and the center of the plate gear 300.
  • the magnet 620 is built in the input side of the rotation rod 610.
  • the load housing 640 is installed at the center of the input side of the case 100, and the load bearing 630 is inserted into the load housing 640 to support the rotating rod 610 in which the magnet 620 is built.
  • the printed circuit board 650 is spaced apart from the magnet 620, and a magnetic encoder, which is a position detector 652, is mounted on the printed circuit board 650.
  • the position detector 652 may be located on an opening (not shown) of the rod housing 640 to detect a change in magnetic flux density when the magnet 620 rotates, thereby detecting the position of the rotating rod 610. have.
  • the power input from the motor is decelerated at a constant reduction ratio through the cycloid reducer and output through the output member 500, the position detector 600 is fed back to the controller by the position information of the output member 500 to the controller The precise control of the rotation of the output member 500.
  • the encoder includes a mounting unit 621 and a rotor 623, the mounting unit 621 is mounted on the printed circuit board 650, and the rotor 623 is mounted with a mounting unit ( 621 is rotatably installed.
  • the lower end of the rotary rod 610 is coupled to the rotor 623, the encoder detects the rotation of the rotary rod 610 and feeds back to the controller.
  • the encoder can be a potentiometer or an optical rotary absolute encoder.
  • the position detector 600 described above may be applied to another type of cycloid reducer. That is, the pin gear 110 may be installed in a mounting space separately from the case 100, and a bearing housing (not shown) including the cross roller bearing 400 may be installed separately from the case 100.
  • the present invention can be applied to various reducers, including cycloidal reducers.

Landscapes

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  • Robotics (AREA)
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의하면, 사이클로이드 감속기는, 실장공간 및 상기 실장공간의 내주면으로부터 돌출되어 상기 내주면을 따라 형성되는 복수의 핀기어들을 가지는 케이스; 외부로부터 동력이 입력되어 회전가능한 입력기어; 상기 입력기어의 회전중심으로부터 편심되며, 상기 입력기어로부터 순차적으로 돌출된 제1 및 제2 편심축; 상기 제1 및 제2 편심축 상에 각각 설치되며, 상기 제1 및 제2 편심축의 회전에 따라 상기 핀기어와 접촉하여 각각 회전하는 제1 및 제2 판기어; 상기 판기어에 고정되어 상기 판기어와 함께 회전하는 출력부재; 그리고 상기 출력부재의 회전을 감지하며, 감지된 결과를 전기적 신호로 변환하여 전송하는 위치검출기를 포함한다.

Description

위치 피드백이 가능한 사이클로이드 감속기
본 발명은 사이클로이드 감속기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 출력부재의 회전을 감지하여 위치 피드백이 가능한 사이클로이드 감속기에 관한 것이다.
로봇은 산업용 로봇부터 휴머노이드 로봇에 이르기까지 다양하게 사용되고 있으며, 감속기능을 갖춘 엑츄에이터를 통해 유연한 관절 운동이 가능하다.
특히, 최근 급격히 발전하고 있는 로봇공학 기술은 기존에 산업용으로만 활용되던 로봇공학 메커니즘들이 타 산업분야로까지 접목되어 기술의 융복합이 진행되고 있는데, 이를 테면 가정용 청소로봇, 프로그래밍 교육용 로봇, 완구용 로봇, 엔터테이먼트용 로봇 등의 개발과 생산을 들 수 있다.
이러한 로봇 기술에서 구동과 관계된 엑츄에이터는 매우 중요한 핵심 부품이며, 더 나아가 엑츄에이터를 구성하는 주된 구성으로 감속기를 들 수 있고, 이러한 감속기로는 여러 종류를 들 수 있는데, 대표적인 예로 기어식 감속기, 전동볼식 감속기, 사이클로이드 감속기 등을 들 수 있다.
이때, 기어식 감속기는 가장 많이 사용하고 있는 일반적인 감속기로서 인볼루트 치형(Involute Tooth Form)을 사용하는 감속기를 말하고, 전동볼식 감속기는 에피사이클로이드 곡선(Epicycloid Curve)과 하이포사이클로이드 곡선(Hypocycloid Curve)이 마주보는 형상의 안내홈 내를 볼이 전동(轉動)하여 감속회전을 실행시키도록 한 감속기를 말하며, 하모닉 드라이브 감속기는 타원형으로 된 웨이브 제네레이터 뭉치가 회전하면 타원형으로 쓸려 돌아가는 베어링에 의해 타원운동 부분만 플렉스플라인으로 전달되고 플렉스플라인은 천천히 맨 바깥쪽 링기어를 한칸씩 건너 뛰면서 회전하여 감속을 유도하는 감속기를 말하며, 사이클로이드 감속기는 보통 핀을 고정하고 유성기어로서 트로코이드 기어(Trochoid Gear)를 편심회전시켜 트로코이드 내에 동일한 각도로 배치되어 있는 핀구멍 및 핀을 통해 트로코이드 기어의 자전만을 실행시켜 감속회전을 얻도록 한 감속기를 말하며, 이들을 기본으로 상호 조합 변형한 감속기들도 존재하고 있다.
이들 중에서 특히, 사이클로이드 감속기(Cycloid Decelerator)는 다양한 감속비를 구현할 수 있고 고정밀 고감속에 유리하므로 정밀 제어가 필요한 분야에 많이 활용되고 있다. 이와 같은 감속기와 관련된 선행기술로는 등록실용 제0325018호 '인벌류트 기어를 이용한 사이클로이드 감속기', 공개특허 제2010-0038146호 '로터리 감속기', 공개특허 제2011-0068500호 '다축 사이클로이드 감속기' 등이 있다.
그런데, 개시된 선행 기술들을 포함한 다양한 사이클로이드 감속기의 경우, 대부분 감속기 케이스와 감속기능을 수행하는 핀기어, 그리고 회전을 지지하는 베어링 등이 서로 각기 분리된 상태로 별체로 제작된 후 상호 조립되는 구조를 갖고 있기 때문에 구조가 복잡하고, 가공시 가공오차, 조립시 조립오차를 발생시켜 고속 정밀제어를 저해할 뿐만 아니라 가공비 제조비 등이 비싸며, 감속기 전체의 볼륨을 키우게 되어 소형화에 불리한 단점이 있었다.
도 1은 종래 사이클로이드 감속기를 절개하여 개략적으로 도시한 사시도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 별도 제작된 케이스(10)의 내주면을 따라 일정간격을 두고 다수의 핀기어(12)를 설치한 후 상기 핀기어(12)와의 내접, 진동마찰을 통해 감속을 유도하도록 편심된 한 쌍의 판기어(14)가 설치되며, 입력측 선단에 별도의 크로스롤러 베어링(Cross Roller Bearing)(16)이 다시 조립되는 구조를 갖추고 있었기 때문에 상술한 문제로부터 자유로울 수 없었고, 또한 소형화를 저해하는 요인이 되기도 했다.
본 발명의 목적은 단순한 구조를 통해 소형화가 가능한 사이클로이드 감속기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 가공오차 및 조립오차를 최소화하여 고정밀 고감속 구현이 가능하며 저렴한 비용으로 제조할 수 있는 사이클로이드 감속기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 출력부재의 회전을 감지하여 위치 피드백이 가능한 사이클로이드 감속기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부한 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 사이클로이드 감속기는, 실장공간 및 상기 실장공간의 내주면으로부터 돌출되어 상기 내주면을 따라 형성되는 복수의 핀기어들을 가지는 케이스; 외부로부터 동력이 입력되어 회전가능한 입력기어; 상기 입력기어의 회전중심으로부터 편심되며, 상기 입력기어로부터 순차적으로 돌출된 제1 및 제2 편심축; 상기 제1 및 제2 편심축 상에 각각 설치되며, 상기 제1 및 제2 편심축의 회전에 따라 상기 핀기어와 접촉하여 각각 회전하는 제1 및 제2 판기어; 상기 판기어에 고정되어 상기 판기어와 함께 회전하는 출력부재; 그리고 상기 출력부재의 회전을 감지하며, 감지된 결과를 전기적 신호로 변환하여 전송하는 위치검출기를 포함한다.
상기 위치검출기는, 상기 입력기어와 상기 제1 및 제2 편심축, 그리고 상기 제1 및 제2 판기어를 차례로 관통하며, 상기 출력부재의 중앙에 설치된 출력축에 일단이 고정되어 상기 출력축과 함께 회전하는 회전로드; 상기 회전로드의 타단에 고정설치된 마그네트; 그리고 상기 마그네트로부터 이격설치되며, 상기 마그네트의 회전을 감지하는 마그네틱 엔코더가 실장된 인쇄회로기판을 구비할 수 있다.
상기 위치검출기는, 상기 케이스의 입력측 중앙에 설치되는 로드하우징; 그리고 상기 로드하우징에 삽입되어 상기 회전로드를 지지하는 베어링을 더 구비할 수 있다.
상기 위치검출기는, 상기 입력기어와 상기 제1 및 제2 편심축, 그리고 상기 제1 및 제2 판기어를 차례로 관통하며, 상기 출력부재의 중앙에 설치된 출력축에 일단이 고정되어 상기 출력축과 함께 회전하는 회전로드; 상기 회전로드로부터 이격설치되는 인쇄회로기판; 그리고 상기 인쇄회로기판에 실장되며, 상기 회전로드의 하단과 결합하여 상기 회전로드의 회전을 감지하는 엔코더를 구비할 수 있다.
상기 제1 및 제2 편심축은 반대 방향으로 편심될 수 있다.
상기 핀기어들의 잇수는 상기 제1 및 제2 판기어의 잇수보다 클 수 있다.
상기 케이스는 상기 내주면을 따라 함몰형성되어 상기 핀기어들의 출력측에 위치하는 베어링홈을 더 가지며, 상기 사이클로이드 감속기는 상기 베어링홈에 삽입설치되어 상기 출력부재를 지지하는 베어링을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 사이클로이드 감속기의 구조를 단순화 및 소형화 할 수 있다. 또한, 사이클로이드 감속기의 가공오차 및 조립오차를 최소화하여 고정밀 고감속 특성을 확보하여 제조비용을 절감할 수 있다. 또한, 출력부재의 회전을 감지하여 위치 피드백이 가능하므로 정밀한 제어가 가능하다.
도 1은 종래 사이클로이드 감속기를 절개하여 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 사이클로이드 감속기를 절개하여 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시한 사이클로이드 감속기의 분해사시도이다.
도 4는 도 3에 도시한 사이클로이드 감속기의 단면을 나타내는 분해사시도이다.
도 5는 도 2에 도시한 사이클로이드 감속기와 위치검출기를 나타내는 분해사시도이다.
도 6은 도 5에 도시한 회전로드 및 마그네트, 로드베어링을 나타내는 분해사시도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 위치검출기를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도 1 내지 도 6을 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 사이클로이드 감속기는 에피트로코이드(Epitrochoid) 치형의 내접기어를 사용하는 감속기이다. 후술하는 핀기어(11) 및 판기어(300)는 에피트로코이드 형태의 치형을 가지나, 이와 달리 인볼루트(involute) 치형을 가질 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 케이스(100)는 원통 형상의 실장공간을 가진다. 핀기어(110)는 실장공간의 내주면으로부터 돌출되어 내주면을 따라 형성된다. 핀기어(110)는 케이스(100) 성형시 일체로 성형될 수 있다.
반면에, 도 1 및 한국공개특허공보 2010-0038146호에 개시된 바와 같이, 종래의 핀기어(110)는 롤 형상의 핀을 하나씩 일일이 케이스(100)에 심어 고정되는 방식을 채용하였다. 따라서, 조립공차는 물론, 별개로 제작하므로 제작시 가공오차가 발생하여 고정밀 및 고감속을 요하는 목적을 달성하기 곤란하며, 작동불량을 초래하는 원인이 되었다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 에피트로코이드 치형을 갖는 판기어(300)와 대응되는 핀기어(110)를 케이스(100) 성형단계에서 함께 성형하여 일체화하며, 이를 통해 가공오차는 물론 조립오차를 최소화할 수 있으며, 제조비용을 절감할 수 있다.
입력기어(200)는 케이스(100)의 실장공간 내에 실장될 수 있으며, 케이스(100)의 하단(도 2를 기준으로)(또는 입력측)을 통해 모터에 연결될 수 있다. 모터(도시안함)의 회전축은 입력축이 되며, 입력축에 고정된 구동기어(도시안함)는 입력기어(200)에 맞물려 입력기어(200)에 동력을 전달한다. 즉, 구동기어와 입력기어(200)는 평기어(spur gear) 타입 또는 헬리컬 기어(helical gear) 타입으로 맞물리며, 구동기어의 회전축과 입력기어의 회전축은 서로 나란하게 배치된다. 다만, 본 실시예와 달리, 입력기어(200)는 모터의 회전축에 직접 연결되거나, 베벨기어 타입으로 구동기어에 맞물릴 수 있다.
제1 및 제2 편심축(S1,S2)은 입력기어(200)로부터 출력측을 향해 순차적으로돌출되며, 제1 편심축(S1)은 제2 편심축(S2) 보다 입력기어(200)에 근접하여 위치한다. 제1 및 제2 편심축은 입력기어(200)의 회전중심으로부터 편심되며, 편심방향은 반대방향이나, 편심량은 대체로 동일하다. 제1 및 제2 편심축(S1,S2)은 중심축(210)을 통해 입력기어(200)에 연결된다.
제1 및 제2 판기어(302,304)는 동일한 크기의 원형 디스크 형상이며, 에피트로코이드 치형을 가진다. 제1 및 제2 판기어(302,304)는 서로 밀착되어 고정되며, 중심을 기준으로 둘레에 형성된 복수의 판공(310)을 가진다. 도 4에 도시한 바와 같이, 제1 및 제2 판기어(302,304)는 판공(310)에 삽입된 고정핀(330)을 통해 상호 결속되며, 출력부재(500)에 동력을 전달할 수 있다.
제1 판기어(302)는 제1 편심축(S1)에 회전가능하도록 설치되며, 제2 판기어(304)는 제2 편심축(S2)에 회전가능하도록 설치된다. 제1 및 제2 판기어(302,304)는 서로 편심되게 배치되며, 제1 및 제2 편심축(S1,S2)의 회전에 따라 핀기어(110)와 접촉하면서 회전하나, 제1 및 제2 판기어(302,304)와 핀기어(110)의 잇수(number of teeth) 차이에 따라 감속된다.
판기어(300)는 핀기어(110)의 잇수보다 1개 더 많은 잇수를 가지므로, 판기어(300)는 입력기어(200)의 회전수 대비 "1/n"(n=판기어(300)의 잇수)의 감속비로 감속하여 회전한다. 예를 들어, 판기어(300)의 잇수가 50이라면, 핀기어(110)의 잇수는 51이며, 판기어(300)는 1/50의 감속비를 가진다.
한편, 제1 및 제2 판기어(302,304)를 반대방향으로 편심시킨 상태에서 출력부재(500)에 동력을 전달하는 경우, 제1 및 제2 판기어(302,304)를 통해 발생하는 진동을 상쇄할 수 있으며, 핀기어(110)와 맞물림을 2배로 강화할 수 있다. 또한, 출력부재(500)는 결속공(520)을 가지며, 판기어(300)의 일면으로부터 돌출된 결속핀(340)은 결속공(520)에 삽입되어 제1 및 제2 판기어(302,304)와 출력부재(500)를 결속한다.
도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 케이스(100)는 내주면을 따라 함몰형성된 베어링홈(120)을 가지며, 베어링홈(120)은 핀기어(110)의 출력측에 위치한다. 크로스롤러 베어링(400)은 판기어(300)의 출력측에 설치되며, 출력부재(500)는 크로스롤러 베어링(400)의 출력측에 설치된다. 크로스롤러 베어링(400)의 일부는 베어링홈(120)에 삽입설치되며, 나머지는 출력부재(500)의 하부면으로부터(도 2를 기준으로) 함몰형성된 홈(도시안함)에 삽입설치된다. 출력부재(500)는 크로스롤러 베어링(400)에 의해 지지된 상태에서 원활하게 회전할 수 있다. 본 실시예에서는 크로스롤러 베어링(400)을 예로 들어 설명하고 있으나, 크로스롤러 베어링(400)은 다른 베어링으로 대체될 수 있다.
종래에는 케이스(100)의 출력측 외면에 크로스롤러 베어링(400)을 포함한 베어링하우징(도시안함)이 별도로 고정설치되었다. 그러나, 본 실시예에 따르면, 크로스롤러 베어링(400)의 외륜이 케이스(100)와 일체로 형성된 것으로 볼 수 있으며, 이를 통해 크로스롤러 베어링(400)을 케이스(100)와 일체로 구현할 수 있어 조립오차나 가공오차를 최소화할 수 있다.
특히, 종래와 같이 베어링하우징을 별도로 고정할 필요가 없으므로, 부수적으로 필요한 고정볼트를 생략할 수 있어 비용절감이 가능하며, 조립시 정밀하게 이루어지는 센터링 작업을 생략할 수 있어 정밀도 및 생산성을 향상시킬 수 있다. 이와 별도로, 부피 및 무게를 최소화함으로써 경량화 및 소형화를 구현할 수 있다.
출력부재(500)는 원형 플랜지 형태이며, 이로 인해 출력을 위한 접속이 매우 자유롭고 용이한 장점을 가진다. 출력부재(500)는 중앙에 설치된 출력축(510)을 가진다.
도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 사이클로이드 감속기는 위치검출기(600)를 더 포함하며, 출력부재(500)의 회전을 감지할 수 있다. 위치검출기(600)는 출력부재(500)의 회전방향에 따른 회전수를 감지하여 출력부재(500)(또는 출력축(510))의 위치를 감지할 수 있는 엔코더일 수 있으며, 절대 엔코더로서 마그네틱 엔코더일 수 있다. 그러나, 후술하는 바와 같이, 위치검출기(600)는 포텐셔미터(potentiometer) 또는 광학식 회전 절대 엔코더로 대체될 수 있다. 위치검출기(600)는 검출된 위치정보를 전기적 신호로 변환하여 제어기(도시안함)에 전송하며, 제어기는 피드백을 통해 모터의 입력값을 제어할 수 있다.
회전로드(610)는 입력기어(200)와 제1 및 제2 편심축(S1,S2), 그리고 판기어(300)의 중심을 차례로 관통하여 출력축(510)에 고정된다. 마그네트(620)는 회전로드(610)의 입력측에 내장된다. 로드하우징(640)은 케이스(100)의 입력측 중앙에 설치되며, 로드베어링(630)은 로드하우징(640)에 삽입설치되어 마그네트(620)가 내장된 회전로드(610)를 지지한다.
인쇄회로기판(650)은 마그네트(620)로부터 이격설치되며, 위치검출자(652)인 마그네틱 엔코더가 인쇄회로기판(650)에 실장된다. 위치검출자(652)는 로드하우징(640)의 개구(도시안함) 상에 위치하여 마그네트(620)의 회전시 자속밀도의 변화를 감지하며, 이를 통해 회전로드(610)의 위치를 감지할 수 있다.
상술한 바에 의하면, 모터로부터 입력된 동력은 사이클로이드 감속기를 통해 일정한 감속비로 감속되어 출력부재(500)를 통해 출력되며, 위치검출기(600)는 출력부재(500)의 위치정보를 제어기에 피드백함으로써 제어기는 출력부재(500)의 회전을 정밀하게 제어할 수 있다.
본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 바람직한 실시예에 한정되지 않는다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도 7을 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다. 이하에서는 앞서 설명한 실시예와 구별되는 내용에 대해서만 설명하기로 하며, 이하에서 생략된 설명은 앞서 설명한 내용으로 대체될 수 있다.
도 7에 도시한 바와 같이, 엔코더는 마운팅부(621)와 회전자(623)를 구비하며, 마운팅부(621)는 인쇄회로기판(650) 상에 실장되고 회전자(623)는 마운팅부(621)에 회전가능하게 설치된다. 회전로드(610)의 하단은 회전자(623)에 결합되며, 엔코더는 회전로드(610)의 회전을 감지하여 제어기에 피드백한다. 엔코더는 포텐셔미터 또는 광학식 회전 절대 엔코더일 수 있다.
한편, 앞서 설명한 위치검출기(600)는 다른 형태의 사이클로이드 감속기에 적용될 수 있다. 즉, 핀기어(110)가 케이스(100)와 별도로 실장공간에 설치될 수 있으며, 크로스롤러 베어링(400)을 포함한 베어링하우징(도시안함)이 케이스(100)와 별도로 설치될 수 있다.
본 발명을 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명은 사이클로이드 감속기를 포함한 다양한 감속기에 응용될 수 있다.

Claims (7)

  1. 실장공간 및 상기 실장공간의 내주면으로부터 돌출되어 상기 내주면을 따라 형성되는 복수의 핀기어들을 가지는 케이스;
    외부로부터 동력이 입력되어 회전가능한 입력기어;
    상기 입력기어의 회전중심으로부터 편심되며, 상기 입력기어로부터 순차적으로 돌출된 제1 및 제2 편심축;
    상기 제1 및 제2 편심축 상에 각각 설치되며, 상기 제1 및 제2 편심축의 회전에 따라 상기 핀기어와 접촉하여 각각 회전하는 제1 및 제2 판기어;
    상기 판기어에 고정되어 상기 판기어와 함께 회전하는 출력부재; 및
    상기 출력부재의 회전을 감지하며, 감지된 결과를 전기적 신호로 변환하여 전송하는 위치검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 사이클로이드 감속기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 위치검출기는,
    상기 입력기어와 상기 제1 및 제2 편심축, 그리고 상기 제1 및 제2 판기어를 차례로 관통하며, 상기 출력부재의 중앙에 설치된 출력축에 일단이 고정되어 상기 출력축과 함께 회전하는 회전로드;
    상기 회전로드의 타단에 고정설치된 마그네트; 및
    상기 마그네트로부터 이격설치되며, 상기 마그네트의 회전을 감지하는 마그네틱 엔코더가 실장된 인쇄회로기판을 구비하는 것을 특징으로 하는 사이클로이드 감속기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 위치검출기는,
    상기 케이스의 입력측 중앙에 설치되는 로드하우징; 및
    상기 로드하우징에 삽입되어 상기 회전로드를 지지하는 베어링을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 사이클로이드 감속기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 위치검출기는,
    상기 입력기어와 상기 제1 및 제2 편심축, 그리고 상기 제1 및 제2 판기어를 차례로 관통하며, 상기 출력부재의 중앙에 설치된 출력축에 일단이 고정되어 상기 출력축과 함께 회전하는 회전로드;
    상기 회전로드로부터 이격설치되는 인쇄회로기판; 및
    상기 인쇄회로기판에 실장되며, 상기 회전로드의 하단과 결합하여 상기 회전로드의 회전을 감지하는 엔코더를 구비하는 것을 특징으로 하는 사이클로이드 감속기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 편심축은 반대 방향으로 편심되는 것을 특징으로 하는 사이클로이드 감속기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 핀기어들의 잇수는 상기 제1 및 제2 판기어의 잇수보다 큰 것을 특징으로 하는 사이클로이드 감속기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 케이스는 상기 내주면을 따라 함몰형성되어 상기 핀기어들의 출력측에 위치하는 베어링홈을 더 가지며,
    상기 사이클로이드 감속기는 상기 베어링홈에 삽입설치되어 상기 출력부재를 지지하는 베어링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사이클로이드 감속기.
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