(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子、前記固定子に対して回転し、中心部が貫通した回転子、前記回転子の貫通した中心部に配置されて結合し、中央に貫通した第１中空部を有する回転シャフトを含んで形成される中空型モータ、
前記中空型モータの出力側に位置した前記回転シャフトと連結して前記回転シャフトの回転を減速し、中央に貫通した第２中空部を有する減速機、
前記減速機の出力側と連結して減速された回転角度で駆動するトルク伝達部、
前記中空型モータの前記減速機と連結する側と反対になる入力側に位置し、前記回転シャフトと連結して前記中空型モータの回転角度を検出し、中央に貫通した第３中空部を有する第１エンコーダ、
前記第１エンコーダの前記中空型モータと連結する側と反対になる側に位置し、前記減速機の出力回転角度を検出し、中央に貫通した第４中空部を有する第２エンコーダ、
前記第２エンコーダと前記トルク伝達部を連結するリンク連結手段を含んで形成され、
前記減速機はハーモニック減速機であり、
前記トルク伝達部と連結し、胴体開口部側の外周面にギヤ歯形が形成されたカップ型のフレックススプライン、
前記フレックススプラインの外周面のギヤ歯形に対応して内周面ギヤ歯形が形成されたサーキュラスプライン、および
前記フレックススプラインに開口部の内周面に結合し、前記中空型モータの出力側に位置した前記回転シャフトと連結したウェーブジェネレータを含んで形成され、
内輪が前記減速機のサーキュラスプラインに連結され、
外輪が前記トルク伝達部に連結されるクロスローラベアリングをさらに含み、
外側が前記クロスローラベアリングの前記外輪に連結して支持され、前記トルク伝達部を通じて前記減速機と連結して前記減速機の出力側から伝達されるトルクを測定するトルクセンサをさらに含み、前記トルクセンサの周縁に第１駆動リンクが配置され、
前記リンク連結手段は、
前記第１〜第４中空部に挿入して前記第２エンコーダと連結するパイプ形態の第１連結部材、及び前記トルクセンサに位置した側の端部が放射方向に延長して形成され、前記第１駆動リンクに連結する第２連結部材を含むことを特徴とする中空駆動モジュール。
【請求項２】
前記トルクセンサは、
前記第２中空部と連通する第５中空部を有する内部フレーム、
前記内部フレームと放射方向に一定距離だけ離隔して形成される外部フレーム、
前記内部フレームおよび外部フレームの間に少なくとも１つ以上形成され、前記減速機の出力側から伝達されるトルクを測定する連結ビーム、および前記連結ビームの一側または両側に形成され、前記連結ビームの変形量によるトルクを測定するストレインゲージ、を含む１自由度トルクセンサであることを特徴とする請求項１に記載の中空駆動モジュール。
【請求項３】
前記第３中空部および第４中空部の直径が同じであり、
前記第３中空部と前記第１連結部材の間に前記第１連結部材外周面の直径よりも大きい内周面を有する第１リング部を含み、
前記第４中空部と前記第１連結部材の間に前記第１連結部材外周面の直径と同じ内周面を有する第２リング部を含んで形成されることを特徴とする請求項２に記載の中空駆動モジュール。
【請求項４】
前記第１連結部材の外周面と前記第２リング部の内周面が互いに接して結合し、
前記第１中空部、第２中空部、第５中空部および前記第１リング部の内周面と、前記第１連結部材の外周面の間に離隔する空間部が形成されることを特徴とする請求項３に記載の中空駆動モジュール。
【請求項５】
前記トルク伝達部および前記減速機の固定側間に設置され、前記減速機の出力側から前記トルクセンサに伝達される軸方向力を遮断する遮断ベアリングをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の中空駆動モジュール。
【請求項６】
前記遮断ベアリングは、
クリアランスが１０〜５０μｍであるボールベアリングであることを特徴とする請求項５に記載の中空駆動モジュール。
【請求項７】
前記回転シャフトの揺動を防ぐように内輪が前記回転シャフトと連結するベアリングをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の中空駆動モジュール。
【請求項８】
前記第２連結部材は、
前記第１連結部材の一側端部から前記第１駆動リンクまで放射方向に延長して形成され、円周方向に一定距離だけ離隔した複数のバー（ｂａｒ）形態であることを特徴とする請求項１に記載の中空駆動モジュール。
【請求項９】
前記第２連結部材は、
前記第１連結部材の一側端部から前記第１駆動リンクまで放射方向に延長して形成され、中間が空いたドーナツ形態のプレートであることを特徴とする請求項１に記載の中空駆動モジュール。
【請求項１０】
当該中空駆動モジュールは、
ロボットの関節に適用されることを特徴とする請求項１に記載の中空駆動モジュール。
【請求項１１】
固定子、前記固定子に対して回転し、中心部が貫通した回転子、前記回転子の貫通した中心部に配置されて結合し、中央に貫通した第１中空部を有する回転シャフトを含んで形成される中空型モータ、
前記中空型モータの出力側に位置した前記回転シャフトと連結して前記回転シャフトの回転を減速し、中央に貫通した第２中空部を有する減速機、
前記減速機の出力側と連結するトルク伝達部、
外側がクロスローラベアリングの外輪に連結して支持され、前記トルク伝達部を通じて前記減速機と連結して前記減速機の出力側から伝達されるトルクを測定するトルクセンサ、
前記トルク伝達部及び前記減速機の固定側の間に設置され、前記減速機の出力側から前記トルクセンサに伝達される軸方向力を遮断する遮断ベアリングを含んで形成されることを特徴とする中空駆動モジュール。
【請求項１２】
前記減速機はハーモニック減速機であり、
前記トルク伝達部と連結し、胴体開口部側の外周面にギヤ歯形が形成されたカップ型のフレックススプライン、
前記フレックススプラインの外周面のギヤ歯形に対応して内周面ギヤ歯形が形成され、前記クロスローラベアリングの内輪を支持する固定側のサーキュラスプライン、および
前記フレックススプラインに開口部の内周面に結合し、前記中空型モータの出力側に位置した前記回転シャフトと連結したウェーブジェネレータを含んで形成されることを特徴とする請求項１１に記載の中空駆動モジュール。
【請求項１３】
前記トルクセンサは、
前記第２中空部と連通する第５中空部を有する内部フレーム、
前記内部フレームと放射方向に一定距離だけ離隔して形成される外部フレーム、
前記内部フレームおよび外部フレームの間に少なくとも１つ以上形成され、前記減速機の出力側から伝達されるトルクを測定する連結ビーム、および
前記連結ビームの一側または両側に形成され、前記連結ビームの変形量によるトルクを測定するストレインゲージを含む１自由度トルクセンサであることを特徴とする請求項１１に記載の中空駆動モジュール。
【請求項１４】
前記遮断ベアリングは、
クリアランスが１０〜５０μｍであるボールベアリングであることを特徴とする請求項１１に記載の中空駆動モジュール。
【請求項１５】
前記中空駆動モジュールは、
前記中空型モータの前記減速機と連結する側と反対になる入力側に位置し、前記回転シャフトと連結して前記中空型モータの回転角度を検出し、中央に貫通した第３中空部を有する第１エンコーダをさらに含んで形成されることを特徴とする請求項１１に記載の中空駆動モジュール。
【請求項１６】
前記第１エンコーダの前記中空型モータと連結する側と反対になる側に位置し、中央に貫通した第４中空部を有し、前記第１〜第４中空部に挿入して配置される円筒型のリンク連結手段によって前記第４中空部及び前記減速機の出力側が連結されて減速機の出力回転角度を検出する第２エンコーダをさらに含んで形成されることを特徴とする請求項１５に記載の中空駆動モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は中空駆動モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、産業用ロボットは、中実型の減速機、サーボモータ、およびブレーキによってジョイントを構成し、図１に示すように、前記サーボモータ１０のシャフト２０に中実型の回転角センサ３０を使用して位置または速度のフィードバックを受けて制御する。しかし、上述の場合、サーボモータ１０のパワーライン４０およびセンサラインがロボット本体５０の外部に露出するようになる。
【０００３】
最近、ロボットを使用する製造業分野では、作業工程および空間の高密度化のためにロボットの軽量化および単純化を要求している。
【０００４】
前記産業用ロボットの軽量および単純化のためには、ロボットのジョイントを構成する減速機（図示せず）とサーボモータ１０が一体型に構成されて部品を共用化し、高密度に構成して重量および体積を減らさなければならず、電源供給、センサ、および各種ユーティリティライン７０がこれらの構成品の軸中心を貫通するように中空型で構成する必要がある。
【０００５】
したがって、ロボット供給社は、図１および図２に示すように、サーボモータ１０、減速機（図示せず）、およびブレーキ（図示せず）を一体化し、部品の共用化および高密度配置設計によってアクチュエータ８０を軽量およびスリム化することにより、ロボットの軽量化および単純化の要求に対応しようとする動きを見せている。さらに、一体型アクチュエータ８０の中心にホールをおいてパワーライン４０およびユーティリティライン７０がアクチュエータ８０を通過するように設計することで、ロボットの単純化を図っている。
【０００６】
特許文献１（名称：中空型モータ減速機）には、中空型減速機本体と中空型モータ一体をそれぞれ別途の工程によって組み立てて製造した中空型モータ減速機に対する発明が開示されている。
【０００７】
一方、上述したような中空型モータを利用することにより、リンクを駆動するための中空駆動モジュールは、減速機を通じてモータの回転速度は遅らせてトルクは増幅し、出力側（リンク）にトルクを伝達するようになる。
【０００８】
しかし、前記中空駆動モジュールは、この過程においてトルク損失が必然的に発生するため、出力側の正確なトルクと出力側の正確な回転角度がわからないため、出力側の精密度を高めるには限界がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】大韓民国登録特許第０６４２３０７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記問題点を解決するために案出されたものであって、出力側の正確なトルクを測定することができる中空駆動モジュールを提供することを目的とする。また、出力側の正確な回転角度を測定することができる中空駆動モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一実施形態による中空駆動モジュールは、固定子、前記固定子に対して回転し、中心部が貫通した回転子、前記回転子の貫通した中心部に配置されて結合し、中央に貫通した第１中空部を有する回転シャフトを含んで形成される中空型モータ、前記中空型モータの出力側に位置した前記回転シャフトと連結して前記回転シャフトの回転を減速し、中央に貫通した第２中空部を有する減速機、前記減速機の出力側と連結して減速された回転角度で駆動するトルク伝達部、前記中空型モータの前記減速機と連結する側と反対になる入力側に位置し、前記回転シャフトと連結して前記中空型モータの回転角度を検出し、中央に貫通した第３中空部を有する第１エンコーダ、前記第１エンコーダの前記中空型モータと連結する側と反対になる側に位置し、前記減速機の出力回転角度を検出し、中央に貫通した第４中空部を有する第２エンコーダ、前記第２エンコーダと前記トルク伝達部を連結するリンク連結手段、を含む。
【００１２】
また、前記減速機はハーモニック減速機であり、前記トルク伝達部と連結し、胴体開口部側の外周面にギヤ歯形が形成されたカップ型のフレックススプライン、前記フレックススプラインの外周面のギヤ歯形に対応して内周面ギヤ歯形が形成されたサーキュラスプライン、及び前記フレックススプラインに開口部の内周面に結合し、前記中空型モータの出力側に位置した前記回転シャフトと連結したウェーブジェネレータ、を含んで形成されることを特徴とする。
【００１３】
また、内輪が前記減速機のサーキュラスプラインに連結され、外輪が前記トルク伝達部に連結されるクロスローラベアリングをさらに含むことを特徴とする。
【００１４】
また、外側が前記クロスローラベアリングの前記外輪に連結して支持され、前記トルク伝達部を通じて前記減速機と連結して前記減速機の出力側から伝達されるトルクを測定するトルクセンサをさらに含み、前記トルクセンサの周縁に第１駆動リンクが配置されることを特徴とする。
【００１５】
また、前記リンク連結手段は、前記第１〜第４中空部に挿入して前記第２エンコーダと連結するパイプ形態の第１連結部材、及び前記トルクセンサに位置した側の端部が放射方向に延長して形成され、前記第１駆動リンクに連結する第２連結部材を含むことを特徴とする。
【００１６】
また、前記トルクセンサは、前記第２中空部と連通する第５中空部を有する内部フレーム、前記内部フレームと放射方向に一定距離だけ離隔して形成される外部フレーム、前記内部フレームおよび外部フレームの間に少なくとも１つ以上形成され、前記減速機の出力側から伝達されるトルクを測定する連結ビーム、および前記連結ビームの一側または両側に形成され、前記連結ビームの変形量によるトルクを測定するストレインゲージ、を含む１自由度トルクセンサであることを特徴とする。
【００１７】
また、前記中空駆動モジュールは、前記第３中空部および第４中空部の直径が同じであり、前記第３中空部と前記第１連結部材の間に前記第１連結部材外周面の直径よりも大きい内周面を有する第１リング部を含み、前記第４中空部と前記第１連結部材の間に前記第１連結部材外周面の直径と同じ内周面を有する第２リング部を含んで形成されることを特徴とする。
【００１８】
また、前記中空駆動モジュールは、前記第１連結部材の外周面と前記第２リング部の内周面が互いに接して結合し、前記第１中空部、第２中空部、第５中空部および前記第１リング部の内周面と、前記第１連結部材の外周面の間に離隔する空間部が形成されることを特徴とする。
【００１９】
また、前記トルク伝達部および前記減速機の固定側間に設置され、前記減速機の出力側から前記トルクセンサに伝達される軸方向力を遮断する遮断ベアリングを含んで形成されることを特徴とする。
【００２０】
また、前記遮断ベアリングは、クリアランスが１０〜５０μｍであるボールベアリングであることを特徴とする。
【００２１】
また、前記中空駆動モジュールは、前記回転シャフトの揺動を防ぐように内輪が前記回転シャフトと連結するベアリングをさらに含むことを特徴とする。 
【００２２】
また、前記第２連結部材は、前記第１連結部材の一側端部から前記第１駆動リンクまで放射方向に延長して形成され、円周方向に一定距離だけ離隔した複数のバー（ｂａｒ）形態であることを特徴とする。
【００２３】
また、前記第２連結部材は、前記第１連結部材の一側端部から前記第１駆動リンクまで放射方向に延長して形成され、中間が空いたドーナツ形態のプレートであることを特徴とする。
【００２４】
また、前記中空駆動モジュールは、ロボットの関節に適用されることを特徴とする。
【００２５】
本発明の他の実施形態による中空駆動モジュールは、固定子、前記固定子に対して回転し、中心部が貫通した回転子、前記回転子の貫通した中心部に配置されて結合し、中央に貫通した第１中空部を有する回転シャフトを含んで形成される中空型モータ、前記中空型モータの出力側に位置した前記回転シャフトと連結して前記回転シャフトの回転を減速し、中央に貫通した第２中空部を有する減速機、前記減速機の出力側と連結するトルク伝達部、外側がクロスローラベアリングの外輪に連結して支持され、前記トルク伝達部を通じて前記減速機と連結して前記減速機の出力側から伝達されるトルクを測定するトルクセンサ、前記トルク伝達部及び前記減速機の固定側の間に設置され、前記減速機の出力側から前記トルクセンサに伝達される軸方向力を遮断する遮断ベアリングを含む。
【００２６】
また、前記減速機はハーモニック減速機であり、前記トルク伝達部と連結し、胴体開口部側の外周面にギヤ歯形が形成されたカップ型のフレックススプライン、前記フレックススプラインの外周面のギヤ歯形に対応して内周面ギヤ歯形が形成され、前記クロスローラベアリングの内輪を支持する固定側のサーキュラスプライン、および前記フレックススプラインに開口部の内周面に結合し、前記中空型モータの出力側に位置した前記回転シャフトと連結したウェーブジェネレータ、を含む。
【００２７】
また、前記トルクセンサは、前記第２中空部と連通する第５中空部を有する内部フレーム、前記内部フレームと放射方向に一定距離だけ離隔して形成される外部フレーム、前記内部フレームおよび外部フレームの間に少なくとも１つ以上形成され、前記減速機の出力側から伝達されるトルクを測定する連結ビーム、および前記連結ビームの一側または両側に形成され、前記連結ビームの変形量によるトルクを測定するストレインゲージ、を含む１自由度トルクセンサであることを特徴とする。
【００２８】
また、前記遮断ベアリングは、クリアランスが１０〜５０μｍであるボールベアリングであることを特徴とする。
【００２９】
また、前記中空駆動モジュールは、前記中空型モータの前記減速機と連結する側と反対になる入力側に位置し、前記回転シャフトと連結して前記中空型モータの回転角度を検出し、中央に貫通した第３中空部を有する第１エンコーダを含むことを特徴とする。
【００３０】
また、前記中空駆動モジュールは、前記第１エンコーダの前記中空型モータと連結する側と反対になる側に位置し、中央に貫通した第４中空部を有し、前記第１〜第４中空部に挿入して配置される円筒型のリンク連結手段によって前記第４中空部及び前記減速機の出力側が連結されて減速機の出力回転角度を検出する第２エンコーダをさらに含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の中空駆動モジュールは、第１駆動リンクの実際の回転角度を測定できるだけでなく、前記第１エンコーダおよび第２エンコーダが前記中空型モータの入力側に位置してケーブルのねじれ現象を防ぐことができるという長所がある。
【００３２】
すなわち、本発明の中空駆動モジュールは、中空型モータの回転角度と実際に第１駆動リンクにかかる出力側トルクをすべて測定することができ、制御の正確度を向上させることができる。
【００３３】
また、本発明の中空駆動モジュールは、減速機の回転時、減速機の出力側が軸方向に押し寄せられたり押し出されるようになって前記トルクセンサに力が印加されることによって前記トルクセンサのトルク測定が不正確になることを防ぐために、前記トルク伝達部および前記減速機の固定側間にクリアランスが少ない遮断ベアリングが設置されることにより、前記トルクセンサに伝達される軸方向力を遮断してトルク測定精密度を向上させることができ、一般的に使用される単純な１自由度トルクセンサの適用が可能であるという長所がある。
【００３４】
また、本発明の中空駆動モジュールは、中央が貫通した中空型モータを使用することにより、連続的にリンクが連結しており、回転軸ごとに駆動モジュールが入っているロボットに適用する場合、ロボット全体の重量を画期的に減らすことができ、各駆動モジュールのケーブルを中央に通過させることができるため、外形的に滑らかに見えるようになる。
【００３５】
さらに、本発明の中空駆動モジュールは、中空型モータの回転角度と出力側の回転角度がすべて測定可能なように２つのエンコーダを使用し、エンコーダをモータの入力側に配置することにより、常用化された一般的なエンコーダを使用できるだけでなく、２つのエンコーダを１つのモジュールによってモジュール化することができるため、製作費用を節減して使用の利便性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】従来のサーボモータと回転角センサの駆動メカニズムを示す図である。
【図２】多関節ロボットの概念図を示す図である。
【図３】本発明に係る中空駆動モジュールの第１実施形態を示す横断面図である。
【図４】本発明に係る中空駆動モジュールの減速機を示す横断面図である。
【図５】第１実施形態に係る中空駆動モジュールからリンク連結手段が分離された状態を示す横断面図である。
【図６】第１実施形態に係る中空駆動モジュールの構成図である。
【図７】本発明に係る中空駆動モジュールの第２実施形態を示す横断面図である。
【図８】本発明に係る中空駆動モジュールのトルクセンサを概略的に示す斜視図である。
【図９】本発明に係る中空駆動モジュールのリンク連結手段を示す斜視図である。
【図１０】本発明に係る中空駆動モジュールのさらに他のリンク連結手段を示す斜視図である。
【図１１】第２実施形態に係る中空駆動モジュールからリンク連結手段が分離された状態を示す横断面図である。
【図１２】第２実施形態に係る中空駆動モジュールの構成図である。
【図１３】本発明に係る中空駆動モジュールの第３実施形態を示す横断面図である。
【図１４】第３実施形態に係る中空駆動モジュールからリンク連結手段が分離された状態を示す横断面図である。
【図１５】第３実施形態に係る中空駆動モジュールの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、上述したような本発明に係る中空駆動モジュールの実施形態について、添付の図面を参照しながら詳しく説明する。
【００３８】
〔第１実施形態〕
第１実施形態は、本発明に係る中空駆動モジュール１の一実施形態に関する。
図３〜図６を参照すれば、本発明の中空駆動モジュール１は、大きく、中空型モータ１１０、減速機１２０、トルク伝達部１３１、第１エンコーダ１４０、および第２エンコーダ１５０を含んで形成される。
【００３９】
前記中空型モータ１１０は、固定子１１１と、前記固定子１１１に対して回転し、中心部が貫通した回転子１１２と、前記回転子１１２の貫通した中心部に配置されて結合し、中央に貫通した第１中空部１１４を有する回転シャフト１１３を含んで形成される。
【００４０】
前記回転子１１２には電子力が発生するようにコイルが巻かれており、コイルに電流が流れるように両端部が電源と連結する。
【００４１】
前記減速機１２０は、前記中空型モータ１１０の出力側に位置した前記回転シャフト１１３と連結して前記回転シャフト１１３の回転を減速し、中央に貫通して形成された第２中空部１２１を含む。
【００４２】
前記トルク伝達部１３１は、前記減速機１２０の出力側と連結して回転してもよい。
前記第１エンコーダ１４０は、前記中空型モータ１１０の前記減速機１２０と連結する側と反対になる入力側に位置し、前記回転シャフト１１３と連結して前記中空型モータ１１０の回転角度を検出し、中央に貫通した第３中空部１４１を有する。
【００４３】
前記第２エンコーダ１５０は、前記第１エンコーダ１４０の前記中空型モータ１１０と連結する側と反対になる側に位置し、中央に貫通した第４中空部１５１を有する。
【００４４】
特に、本発明の中空駆動モジュールは、前記第２エンコーダ１５０が前記減速機１２０の出力回転角度を検出することができるように、前記第２エンコーダ１５０および前記減速機の出力側に連結されたトルク伝達部１３１を連結するリンク連結手段１６０を含んで形成される。
【００４５】
このとき、リンク連結手段１６０は、トルク伝達部１３１に連結されてトルク伝達部１３１の回転角度を第２エンコーダ１５０に伝達する。リンク連結手段に対する詳細な説明は後述する。
【００４６】
前記減速機１２０はハーモニック減速機であってもよいが、このとき、前記ハーモニック減速機は、前記トルク伝達部１３１と結合し、胴体開口部側の外周面にギヤ歯形が形成されたカップ型のフレックススプライン１２２、前記フレックススプライン１２２の外周面のギヤ歯形に対応して内周面ギヤ歯形が形成されたサーキュラスプライン１２３、前記フレックススプライン１２２に開口部内周面に結合し、前記中空型モータ１１０の出力側に位置した前記回転シャフト１１３と連結したウェーブジェネレータ１２４を含んで形成されてもよい。
【００４７】
図４を参照しながら詳しく説明すれば、前記ウェーブジェネレータ１２４は、楕円形状のカム外周に内・外輪が柔軟なボールベアリングを嵌合して構成され、前記フレックススプライン１２２の胴体開口部の内側に結合する。
【００４８】
前記ボールベアリングは、内輪と外輪、そして内・外輪の間に多数のボールで構成され、外輪はフレックススプライン１２２が結合する。楕円形カムとベアリングで構成される前記フレックススプライン１２２は、胴体の開口部側の外周面に歯形（ギヤ歯）が形成され、開口部他端部のボス（ｂｏｓｓ）に出力軸が連結する。
【００４９】
前記サーキュラスプライン１２３は、前記減速機１２０の固定側に剛性のリング形状であり、前記フレックススプライン１２２の外周面ギヤに相応するように内周面に前記フレックススプライン１２２の歯形と噛み合わさる歯形が形成され、サーキュラスプライン１２３は第２駆動リンク１３２に固定される。
【００５０】
上述したように構成された前記減速機１２０は、入力軸、すなわち、前記中空型モータ１１０の出力側に位置した前記回転シャフトと連結した楕円形状のカムが所定の速度で回転すれば前記ボールベアリング内輪が回転し、楕円形状のカム長軸が前記ボールベアリングを外側に押し出せば、前記フレックススプライン１２２の外周面に形成された歯形が外側に押し出されて前記サーキュラスプライン１２３の歯形と噛み合わさるようになる。したがって、前記ウェーブジェネレータ１２４のカムが時計方向に１回転する場合、前記サーキュラスプライン１２３のギヤ歯数よりも小さい数のギヤ歯数を有する前記フレックススプライン１２２は、反時計方向にギヤ歯数の差だけ回転して減速する。
【００５１】
これにより、前記減速機１２０の出力側の前記フレックススプライン１２２と連結するトルク伝達部１３１は、前記減速機１２０の減速比だけ減速して駆動する。
【００５２】
このとき、本発明の中空駆動モジュール１は、前記減速機１２０のフレックススプライン１２２およびトルク伝達部１３１にモータの回転トルク以外の外力や外部モーメントが印加されないように、前記クロスローラベアリング１７１の内輪が前記減速機１２０のサーキュラスプライン１２３に連結し、外輪が前記トルク伝達部１３１に連結されてもよい。
【００５３】
図３を参照しながら本発明の中空駆動モジュール１の全体的な構造を説明すれば、前記中空型モータ１１０、第１エンコーダ１４０、および第２エンコーダ１５０は、前記第１中空部１１４、第３中空部１４１、および第４中空部１５１が互いに連通するように軸方向に配置され、モータハウジング１９１およびエンコーダハウジング１９３内部に収容されてもよい。
【００５４】
前記モータハウジング１９１およびエンコーダハウジング１９３はカップ型であり、前記エンコーダハウジング１９３のカップ底面が前記モータハウジング１９１の開口した側に装着されて結合してもよい。
【００５５】
このとき、前記モータハウジング１９１およびエンコーダハウジング１９３は一体に形成されてもよいが、前記中空型モータ１１０、第１エンコーダ１４０、および第２エンコーダ１５０が内部に装着されて配置されるのであれば、多様な形態に変更実施が可能である。
【００５６】
前記減速機１２０は、前記第２中空部１２１が前記中空型モータ１１０の第１中空部１１４と連通するように軸方向に配置され、減速機ハウジング１９２内部に収容されてもよい。前記減速機１２０のサーキュラスプライン１２３は、前記減速機ハウジング１９２を通じて前記クロスローラベアリング１７１の内輪と結合して連結し、前記減速機ハウジング１９２は、前記モータハウジング１９１および第２駆動リンク１３２と結合して前記クロスローラベアリング１７１の内輪を固く支持するようになる。
【００５７】
前記トルク伝達部１３１は、前記減速機１２０の出力側、すなわち、前記フレックススプライン１２２に連結してトルクの伝達を受ける。
【００５８】
前記リンク連結手段１６０は前記回転シャフト１１３の内部に挿入し、一側は前記フレックススプライン１２２と結合し、他側は第２エンコーダ１５０と結合する。このとき、前記リンク連結手段は接着剤によって結合されてもよいが、その他にも多様な結合手段によって結合されてもよい。
【００５９】
前記第１エンコーダ１４０および第２エンコーダ１５０のケーブルは前記リンク連結手段１６０の内部に配線されてもよいが、この他にもモータおよび減速機１２０などのすべてのケーブルも、前記リンク連結手段１６０の内部に配線されてもよい。
【００６０】
前記中空駆動モジュール１は連続的にリンクが連結しており、回転軸ごとに駆動モジュールが入っているロボットに適用され、ロボット全体の重量を画期的に減らすことができ、各駆動モジュールのケーブルを中央に通過させることができるためケーブルの損傷およびねじれを防ぐことができ、外形的に滑らかに見せることができる。
【００６１】
図６を参照しながら前記中空型モータ１１０が６０００ｒｐｍで回転し、前記減速機１２０の減速比が１／１００である場合について説明すれば、前記減速機１２０は、前記中空型モータ１１０を減速させて出力側に連結した前記トルク連結部１３１が６０ｒｐｍで回転するようにする。
【００６２】
このとき、前記減速機１２０の実際の回転角度が測定されるように連結した前記第２エンコーダ１５０では、理想的な場合には６０ｒｐｍが検出され、他の場合にはそれ以上またはそれ以下が検出される。
【００６３】
これと同様に、前記中空型モータ１１０の実際の回転角度が測定されるように連結した前記第１エンコーダ１４０では、理想的な場合には６０００ｒｐｍの回転角度が検出される。
【００６４】
〔第２実施形態〕
第２実施形態は、本発明に係る中空駆動モジュール１の他の実施形態に関する。
図７〜図１１を参照すれば、本発明の中空駆動モジュール１は、中空型モータ２１０、減速機２２０、トルク伝達部２３７、トルクセンサ２３０、第１駆動リンク２６１、第１エンコーダ２４０、及び第２エンコーダ２５０、リンク連結手段２３１を含んで形成される。
【００６５】
第２実施形態の構成のうち、第１実施形態の構成と同一構成については詳細な説明は省略する。
【００６６】
前記トルク伝達部２３７は、前記減速機２２０の出力側と連結して回転してもよく、前記トルクセンサ２３０は外側がクロスローラベアリング２７１の外輪に連結して支持され、前記トルク伝達部２３７を通じて前記減速機２２０と連結され、前記減速機２２０の出力側から伝達されるトルクを測定する。
【００６７】
前記トルクセンサ２３０は外側がクロスローラベアリング２７１の外輪に連結して支持され、前記トルク伝達部２３７を通じて前記減速機２２０と連結され、前記減速機２２０の出力側から伝達されるトルクを測定する。
【００６８】
一方、図８に示すように、前記トルクセンサ２３０は、前記第２中空部と連通する第５中空部２３５を有する内部フレーム２３８、前記内部フレーム２３８と放射方向に一定距離だけ離隔して形成される外部フレーム２３２、前記内部フレーム２３８および外部フレーム２３２の間に少なくとも１つ以上形成され、前記減速機の出力側から伝達されるトルクを測定する連結ビーム２３３、および前記連結ビーム２３３の一側または両側に形成され、前記連結ビーム２３３の変形量によるトルクを測定するストレインゲージ２３４を含み、一般的に使用される単純な機能の１自由度、すなわち、前記中空型モータ２１０の出力軸方向に作用するモーメントを測定するトルクセンサ２３０であってもよい。
【００６９】
前記内部フレーム２３８は、ボルトのような締結手段を利用して前記トルク伝達部２３７０と連結し、前記外部フレーム２３２は、第１駆動リンク２６１と連結すると同時に前記クロスローラベアリング２７１の外輪に連結して支持されてもよい。
【００７０】
上述したように、前記第１駆動リンク２６１は、前記トルクセンサ２３０の周縁に配置されて連結する。
【００７１】
ここで、前記ストレインゲージ２３４は、前記減速機２２０の出力側から伝達される外力による前記連結ビーム２３３の変形量を感知し、感知された変形量によるトルクを測定するようになる。
【００７２】
前記リンク連結手段２３１は前記第１〜第４中空部２１４、２２１、２４１、２５１に挿入し、前記第２エンコーダ２５０と連結されるパイプ形態の第１連結部材２３１ａ、及び前記トルクセンサ２３０に位置された側の端部が放射方向に延長して形成され、前記第１駆動リンク２６１に連結される第２連結部材２３１ｂを含んで形成される。
【００７３】
図９に示すように、前記第２連結部材２３１ｂは前記第１連結部材２３１ａの一側端部から前記第１駆動リンク２６１まで放射方向に延長して形成され、円周方向に一定距離だけ離隔した複数のバー（ｂａｒ）形態であってもよく、図１０に示すように前記第１駆動リンク２６１まで延長して形成された領域が中間が空いたドーナツ形態のプレートであってもよい。
【００７４】
前記リンク連結手段２３１は前記第１連結部材２３１ａが約０．５ｍｍの厚さを有し、前記第２連結部材２３１ｂが約１ｍｍの厚さを有し、前記第１駆動リンク２６１の回転角度が前記第２エンコーダ２５０に伝達されるように形成してもよい。
【００７５】
また、本発明の前記中空駆動モジュール１は、前記回転シャフト２１３の揺動を防ぐように内輪が前記回転シャフト２１３と連結する第２ベアリング２７３を含んで形成されることが好ましい。第２ベアリング２７３は、一般的なロールベアリングであってもよい。
【００７６】
一方、図１１に示すように、本発明の中空駆動モジュール１は、前記第３中空部２４１および第４中空部２５１の直径が同じであり、前記第３中空部２４１と第１連結部材の間に前記第１連結部材外周面の直径よりも大きい内周面を有する第１リング部２８１を含み、前記第４中空部２５１と第１連結部材の間に前記第１連結部材外周面の直径と同じ内周面を有する第２リング部２８２を含んで形成されてもよい。
【００７７】
これにより、本発明の中空駆動モジュール１は、同じ種類および大きさの前記第１エンコーダ２４０および第２エンコーダ２５０を使用してもよく、一般的に使用されるエンコーダを購入して適用してもよいため、注文製作する必要がないという長所がある。
【００７８】
図７および図１１に示すように、本発明の中空駆動モジュール１は、前記第１連結部材の外周面と第２リング部２８２の内周面が互いに接して結合し、前記第１中空部、第２中空部、第５中空部２１４、２２１、２３５および第１リング部２８１の内周面と、前記第１連結部材２３１ａの外周面の間に約０．５ｍｍが離隔する空間部が形成されてもよい。これにより、本発明の中空駆動モジュール１は、前記リンク連結手段２３１が前記回転シャフト２１３、トルクセンサ２３０、および第１エンコーダ２４０とは一定距離だけ離隔して配置されることによって円滑に回転するだけではなく、回転時に発生する摩擦および摩耗を防ぎ、前記第２エンコーダ２５０だけを結合して共に回転するようにしてもよい。
【００７９】
本発明の中空駆動モジュール１は、前記トルク伝達部２３７および前記減速機２２０の固定側間に設置され、前記減速機２２０の出力側から前記トルクセンサ２３０に伝達される軸方向力を遮断する遮断ベアリング２３６をさらに含んで形成されてもよい。
【００８０】
前記遮断ベアリング２３６は、内輪が前記トルク伝達部２３７と結合し、外輪が前記減速機２２０の固定側と連結することにより、前記減速機２２０の出力側が軸方向に押し寄せられたり押し出されることによって生じる軸方向変位を相殺させることができる。
【００８１】
前記遮断ベアリング２３６は、クリアランスが１０〜５０μｍ程度と少ないボールベアリングであってもよい。前記トルクセンサ２３０は、前記遮断ベアリング２３６のクリアランスが１０μｍである場合、軸方向に加えられる変位が最大１０μｍになり、それ以上の変位は前記遮断ベアリング２３６によって相殺されてトルク測定誤差を減らすことができる。
【００８２】
これにより、本発明の中空駆動モジュール１は、トルクセンサ２３０の誤差を減らし、前記中空型モータの回転角度と実際に第１駆動リンクにかかる出力側トルクをすべて測定することができ、制御の正確度を向上させることができる。
【００８３】
図１２を参照しながら前記中空型モータ２１０が３２００ｒｐｍで回転し、前記減速機２２０の減速比が１／５０である場合について説明すれば、前記減速機２２０は、前記中空型モータ２１０を減速させて出力側に連結した前記第１駆動リンク２６１が６４ｒｐｍで回転するようにする。
【００８４】
このとき、前記減速機２２０の実際の回転角度が測定されるように連結した前記第２エンコーダ２５０では、理想的な場合には６４ｒｐｍが検出され、他の場合にはそれ以上またはそれ以下が検出される。
【００８５】
これと同様に、前記中空型モータ２１０の実際の回転角度が測定されるように連結した前記第１エンコーダ２４０では、理想的な場合には６０００ｒｐｍの回転角度が検出される。
【００８６】
上述したように、前記第２エンコーダ２５０は、前記減速機によって減速して回転するため、低速回転用高精密エンコーダであることが好ましく、前記第１エンコーダ２４０は高速で回転するため、高速回転用の一般的なエンコーダであることが好ましい。
【００８７】
〔第３実施形態〕
第３実施形態は、本発明に係る中空駆動モジュール１の一実施形態に関する。
図１３〜図１４を参照すれば、本発明の中空駆動モジュール１は、中空型モータ３１０、減速機３２０、トルク伝達部３３７、トルクセンサ３３０、遮断ベアリング３３６を含んで形成される。
【００８８】
第３実施形態の構成のうち、第１実施形態及び第２実施形態の構成と同一構成については詳細な説明は省略する。
【００８９】
前記トルク伝達部３３７は、前記減速機３２０の出力側と連結して回転してもよく、前記トルクセンサ３３０は外側がクロスローラベアリング３７１の外輪に連結して支持され、前記トルク伝達部３３７を通じて前記減速機３２０と連結され、前記減速機３２０の出力側から伝達されるトルクを測定する。
【００９０】
前記減速機３２０はハーモニック減速機であってもよい。前記減速機に対する詳細な説明は省略する。
【００９１】
前記遮断ベアリング３３６は、内輪が前記トルク伝達部３３７と結合し、外輪が前記減速機３２０の固定側と連結することにより、前記減速機３２０の出力側が軸方向に押し寄せられたり押し出されることによって生じる軸方向変位を相殺させることができる。
【００９２】
第３実施形態では、第１エンコーダ及び第２エンコーダがさらに備えられ、出力側トルクだけでなく、前記中空型モータの回転角度及び出力側回転角度を全て測定することができる。
【００９３】
このとき、リンク連結手段３５２は、第１〜第４中空部３１４、３２１、３４１、３５１に挿入する。リンク連結手段３５２は、第４中空部３５１と前記減速機３２０の出力側を連結し、減速機３２０の出力回転角度を検出する。
【００９４】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、適用範囲が多様であることは勿論、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなく、当該本発明が属する分野で通常の知識を有する者であれば誰でも、多様な変形実施が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００９５】
１：中空駆動モジュール
１１０：中空型モータ
１１１：固定子
１１２：回転子
１１３：回転シャフト
１１４：第１中空部
１２０：減速機
１２１：第２中空部
１２２：フレックススプライン
１２３：サーキュラスプライン
１２４：ウェーブジェネレータ
２３０：トルクセンサ
２３８：内部フレーム
２３２：外部フレーム
２３３：連結ビーム
２３４：ストレインゲージ
２３５：第５中空部
２３６：遮断ベアリング
２３７：トルク伝達部
１４０：第１エンコーダ
１４１：第３中空部
１５０：第２エンコーダ
１５１：第４中空部
２３１：リンク連結手段
２３１ａ：第１連結部材
２３１ｂ：第２連結部材
２６１：第１駆動リンク
２６２：第２駆動リンク
２７１：クロスローラベアリング
２７３：第２ベアリング
２８１：第１リング部
２８２：第２リング部
２９１：モータハウジング
２９２：減速機ハウジング
２９３：エンコーダハウジング 
【図１】
0005659446.tif 000002
【図２】
0005659446.tif 000003
【図３】
0005659446.tif 000004
【図４】
0005659446.tif 000005
【図５】
0005659446.tif 000006
【図６】
0005659446.tif 000007
【図７】
0005659446.tif 000008
【図８】
0005659446.tif 000009
【図９】
0005659446.tif 000010
【図１０】
0005659446.tif 000011
【図１１】
0005659446.tif 000012
【図１２】
0005659446.tif 000013
【図１３】
0005659446.tif 000014
【図１４】
0005659446.tif 000015
【図１５】
0005659446.tif 000016