KR102151686B1

KR102151686B1 - 토크 전달 기기, 액추에이터 및 로봇

Info

Publication number: KR102151686B1
Application number: KR1020157029763A
Authority: KR
Inventors: 게오르그 바흐마이어; 마르코 사이리아크스; 안드레아스 괴데케; 볼프강 쵤츠
Original assignee: 지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2014-01-15
Publication date: 2020-09-03
Also published as: CN105051407A; CN105051407B; KR20150132509A; DE102013204588A1; US20160025150A1; JP2016510864A; EP2941577A1; US9841061B2; WO2014139702A1; JP6395733B2

Abstract

본 발명은 강성이 가변적으로 조절될 수 있는 토크 전달 기기(3), 이러한 토크 전달 기기(3)를 갖는 액추에이터(1), 및 로봇(26)에 관한 것이다. 본 발명에 따른 토크 전달 기기(3)는 내부 링(5), 내부 링(5)에 대하여 중립 위치(24)로부터 내부 링에 대하여 포지티브 회전 방향(17) 또는 네거티브 회전 방향(18)으로 회전 가능하도록 배열되는 외부 링(4), 포지티브 수용 벨로우즈() 및 네거티브 수용 벨로우즈(10)를 포함하는 하나 이상의 쌍의 수용 벨로우즈(9, 10), 하나 이상의 가스 압력 스프링(13) 및 하나 이상의 가스 압력 스프링(13)에 연결되는 조절 유닛을 갖는다. 수용 벨로우즈(9, 10)는 내부 링(5)이 포지티브 회전 방향(17)으로 회전될 때, 포지티브 수용 벨로우즈(9)가 압축될 수 있고, 내부 링(5)이 네거티브 회전 방향(18)으로 회전될 때, 네거티브 수용 벨로우즈(10)가 압축될 수 있는 방식으로 외부 링(4)과 내부 링(5) 사이에 배열된다. 게다가, 수용 벨로우즈(9, 10)는 유체 유도성 방식으로 하나 이상의 가스 압력 스프링(13)에 연결된다.

Description

토크 전달 기기, 액추에이터 및 로봇 {TORQUE TRANSMISSION DEVICE, ACTUATOR, AND ROBOT}

본 발명은 가변적으로 조절 가능한 강성을 갖는 토크 전달 기기(torque transmission device), 상기 토크 전달 기기를 갖는 액추에이터(actuator) 및 로봇(robot)에 관한 것이다.

로봇들은 환자 보호 또는 산업에서 사람들과 직접 접촉하여 점점 더 많이 사용되고 있다. 이러한 분야들에 대하여 공통인 것은 증가된 요구가 로봇들의 안전에 대하여 이루어진다는 것이다. 따라서, 사람이 이동하는 로봇 부품에 의해 우발적으로 부딪치는 경우 인류가 로봇에 의해 부상당하는 것이 배제되어야만 한다. 고장들의 경우에, 무엇보다도 착용 가능한 로봇공학(robotics)의 영역에서, 사람 관절이 너무 강한 힘으로 동작되고 그 결과 부상당하는 것이 또한 배제되어야 한다. 이러한 문제에 대한 공지된 접근법은 가변적인 강성을 갖는 액추에이터들의 사용이다.

높은 등급의 기계적 강성이 높은 레벨(level)들의 위치지정 정확도를 달성하기 위해 바람직하다. 하지만, 로봇 부품이 신속하게 이동된다면, 또는 사람 관절의 이동이 매칭된다면(matched), 유연한 메커니즘(mechanism) 그리고 결과적으로 낮은 등급의 강성이 높은 레벨의 안전을 달성하기 위해 바람직할 수 있다. 가변적인 강성을 갖는 액추에이터(VSA : 가변적 강성 액추에이터(variable stiffness actuator)의 축약)를 실현하기 위해 2 가지 접근법들이 공지된다.

한편으로는, 높은 등급의 강성을 갖는 액추에이터들은 힘 또는 토크 센서(torque sensor)에 의해 보조된다. 적절한 제어기(controller)에 의해, 이는 기계적 강성 아래의 강성을 시뮬레이트(simulate)하는 것을 가능하게 한다. 힘 센서는, 이러한 경우에 액추에이터에 존재하는 힘 또는 존재하는 토크를 측정한다. 토크에 의존하여, 운동이 조절되어서 기계적 스프링(mechanical spring)이 시뮬레이팅된다(simulated).

운동은 존재하는 토크에 비례하여 조절되고, 비례 상수는 실제 강성에 대응한다. 이 접근법의 단점은 고장의 경우, 예컨대 힘 센서 또는 제어 수단의 고장의 경우, 액추에이터의 본질적인 높은 등급의 강성이 작용하게 될 때의 본질 안전(intrinsic safety)의 부족이다.

제 2 접근법은 그 강성이 순수하게 기계적인 방식으로 수정 가능하도록 실현되는 액추에이터들의 구조이다. 이러한 경우, 가변적인 힘 인가부(variable force application)를 갖는 레버 시스템(lever system)이 사용된다. 액추에이터는 이러한 목적을 위해, 예컨대 중앙 메커니즘으로서 스프링을 포함하는 부가적인 기계적 요소에 의해 연결된다. 스프링의 강성을 변화시키기 위해, 힘 인가부의 레버 아암(lever arm)이 예컨대 전기 모터(electric motor)에 의해 조절 가능하다. 상기 접근법의 단점은 구조를 위해 요구되는 비교적 큰 양의 공간이다.

본 발명의 근본적인 목적은 상기 단점들을 없애고 가변적인 강성을 갖는 개선된 액추에이터를 제공하는 것이다.

상기 목적은 청구항 제 1 항에 따른 토크 전달 기기, 청구항 제 10 항에 따른 액추에이터 그리고 청구항 제 11 항에 따른 로봇에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 다른 개발들은 종속 청구항들 및 설명에 설명된다.

본 발명에 따른 토크 전달 기기에는 내부 링(inner ring), 상기 내부 링에 대하여 중립 위치로부터 포지티브 회전 방향(positive direction of rotation)으로 또는 네거티브 회전 방향(negative direction of rotation)으로 회전 가능하도록 배열되는 외부 링, 포지티브 수용 벨로우즈(bellows) 및 네거티브 수용 벨로우즈를 포함하는 하나 이상의 쌍의 수용 벨로우즈, 하나 이상의 가스 압력 스프링(gas pressure spring) 및 하나 이상의 가스 압력 스프링에 연결되는 조절 유닛(adjusting unit)이 제공된다. 수용 벨로우즈는 내부 링이 포지티브 회전 방향으로 회전될 때 포지티브 수용 벨로우즈가 압축 가능하고 내부 링이 네거티브 회전 방향으로 회전될 때 네거티브 수용 벨로우즈가 압축 가능한 방식으로 외부 링과 내부 링 사이에 배열된다. 수용 벨로우즈는 유체를 유도하도록 하나 이상의 가스 압력 스프링에 부가적으로 연결된다. 바람직한 방식으로, 이러한 경우, 유압 유체가 유체로서 사용된다.

유리한 방식으로, 본 발명에 따른 토크 전달 기기는 매우 콤팩트(compact)한 치수들을 포함하고, 거의 압축 불가능한 유압 유체에 의해, 매우 높은 등급의 강성을 제공할 수 있다. 유압 힘 전달은 또한 높은 레벨의 자체 감쇠(self-damping)를 포함하고, 시스템의 자연스러운 진동들은 강하게 과도하게 감쇠되며 단지 높은 주파수(frequency)들의 경우에 나타난다. 결과적으로 시스템의 주파수 반응은 높은 주파수들로 선형으로 상승하고, 이는 본 발명에 따른 토크 전달 기기가 양호한 제어성을 갖는 것을 의미한다.

본 발명에 따른 토크 전달 기기의 유리한 개발에서, 하나 이상의 가스 압력 스프링은 밀폐식으로 밀봉되는 가스 압력 챔버(chamber) 그리고 가스 압력 챔버 안으로 돌출하는 전달 벨로우즈 및 가스 압력 챔버 안으로 돌출하는 조절 벨로우즈를 포함한다. 수용 벨로우즈는, 이러한 경우에 유체를 유도하도록 전달 벨로우즈에 연결되고 조절 유닛은 유체를 유도하도록 조절 벨로우즈에 연결된다.

조절 가능한 콤팩트하고 더 내구성 있는 가스 압력 스프링이 이러한 방식으로 실현된다.

본 발명에 따른 토크 전달 기기의 다른 유리한 개발에서, 조절 유닛은 저장소 및 펌프(pump)를 포함한다. 펌프는 이러한 경우 특히 피에조 펌프(piezo-pump)이다. 피에조 펌프들에는 부가적으로 고장의 경우(보통은 개방됨) 자체 개방되도록 디자인(design)되는 비복귀 밸브(non-return valve)가 제공된다.

저장소 및 펌프에 의해, 간단하고 비용 효율적인 구성요소들을 갖는 유압 조절 유닛이 제공된다. 유리한 방식으로, 피에조 펌프는 적은 설치 공간을 요구하고 효과적인 방식으로 작동한다. 고장의 경우, 예컨대 전력 공급부 또는 제어 신호가 고장이라면, 전달 토크 기기의 강성은 비복귀 밸브에 의해 자동으로 최소로 감소되고, 이는 시스템의 안전 상태를 제공하며 : 시스템은 그 후에 본질적으로 안전하다.

본 발명에 따른 토크 전달 기기의 다른 유리한 개발에서, 토크 전달 기기는 조절 유닛에 연결되는 2 개의 가스 압력 스프링들을 포함한다. 이러한 경우, 하나 이상의 포지티브 수용 벨로우즈는 유체를 유도하도록 2 개의 가스 압력 스프링들 중 하나에 연결되고 하나 이상의 네거티브 수용 벨로우즈는 유체를 유도하도록 2 개의 가스 압력 스프링들 중 다른 하나에 연결된다.

결과적으로, 수용 벨로우즈는 압축 운동과 팽창 운동 모두를 위한 각각의 경우에 이용 가능한 하나의 가스 압력 스프링을 갖는다. 유리한 방식으로, 수용 벨로우즈의 압축 페이스(compression phase)들 및 인장 페이스(tension phase)들 모두가 영향을 받는 것이 가능하다.

본 발명에 따른 토크 전달 기기의 다른 유리한 개발에서, 조절 유닛은 가스 압력 스프링 마다 별개의 펌프를 포함한다.

가스 압력 스프링들은 결과적으로 서로 독립적으로 조절될 수 있다. 유리한 방식으로, 토크 전달 기기의 강성은 결과적으로 방향에 따라 상이한 방식으로 디자인 가능하고 수정 가능하다. 압축 페이스들은 인장 페이스들과는 상이하게 디자인되는 것이 가능하다.

본 발명에 따른 토크 전달 기기의 다른 유리한 개발에서, 토크 전달 기기는 2 개의 쌍들의 수용 벨로우즈를 포함한다.

결과적으로, 힘의 도입은 더 양호한 방식으로 분산될 수 있다. 개별적인 수용 벨로우즈가 결과적으로 더 적은 하중(load)들에 노출된다. 게다가, 내부 링의 안내(guiding)는 부가적인 지지 요소들 없이 개선된다.

본 발명에 따른 토크 전달 기기의 다른 유리한 개발에서, 벨로우즈 중 하나 이상은 금속 벨로우즈이다.

금속 벨로우즈는 심지어 높은 온도들 및 악성 환경 조건들의 영향 하이더라도 극도로 견고하다. 이는 토크 전달 기기에 내구성 및 안전을 부여한다.

본 발명에 따른 토크 전달 기기의 다른 유리한 개발에서, 토크 전달 기기는 실질적으로 원형 표면적을 갖는 실린더(cylinder)의 형태를 포함한다.

결과적으로, 토크 전달 기기에는 보통의 서보모터(servomotor)의 형상에 쉽게 부가될 수 있는 형상이 제공된다. 서보모터 및 토크 전달 기기는 함께 서보모터 그 자체보다 단지 약간 더 많은 공간을 차지한다.

따라서, 바람직한 방식으로, 본 발명에 따른 토크 전달 기기는 토크 전달 기기와 함께 서보모터를 포함하는 액추에이터에 그의 모든 개발들이 통합된다. 서보모터는 회전자(rotor) 및 고정자(stator)를 포함한다. 본 발명에 따르면, 서보모터의 고정자는 토크 전달 기기의 내부 링 또는 외부 링에 회전 가능하지 않게 연결된다.

결과적으로, 가변적인 강성을 갖는 액추에이터가 유리한 방식으로 제공된다. 본 발명에 따른 토크 전달 기기의 이점들은 모듈(module)로서의 액추에이터에 의해 나타난다.

바람직한 방식으로, 본 발명에 따른 액추에이터는 로봇에 통합된다. 이러한 경우, 액추에이터는 힘을 전달하도록 또는 토크를 전달하도록 기계적 유닛에 연결된다.

로봇의 기계적 유닛은 본 발명에 따른 액추에이터로 인해 상이한 레벨들의 강성으로 작동될 수 있다. 결과적으로, 로봇은 정확하게는 사람들과 직접 접촉하는 높은 레벨의 안전을 제공한다.

본 발명의 예시적인 실시예들은 도면들 및 이후의 설명에 의해 더 상세하게 설명된다.

도 1은 본 발명에 따른 로봇을 도시하고,
도 2는 본 발명에 따른 액추에이터를 도시하고,
도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 액추에이터의 토크 전달 기기의 상이한 개발들을 도시한다.

본 발명에 따른 로봇(26)의 스케치(sketch)가 도 1에 도시된다. 본 발명에 따른 로봇(26)은 힘을 전달하도록 또는 토크를 전달하도록 기계적 유닛(27)에 연결되는 액추에이터(1)를 포함한다. 기계적 유닛(27)의 위치는 액추에이터(1)의 작동의 결과로서 수정 가능하다. 기계적 유닛(27)은 액추에이터(1)에 의해 발생되는 운동을 변환하도록 실현된다. 기계적 유닛(27)은 예컨대 회전, 병진 운동 또는 양측 운동들의 조합을 수행하는 것이 가능하다.

본 발명에 따른 액추에이터(1)의 스케치가 도 2에 예로서 도시된다. 액추에이터(1)는 서보모터(2) 및 토크 전달 기기(3)를 포함한다. 서보모터(2)는 회전자(21) 및 고정자(22)를 포함한다. 회전자(21)는 고정자(22)에 대하여 회전하도록 회전 축선(23)에 장착된다. 고정자(22)는 회전자(21) 주위에 배열될 수 있으며 이는 도 1에 이러한 방식으로 도시된다. 회전자(21)는 또한 고정자(22) 주위에 배열될 수 있다. 본 발명에 있어서, 고정자(22)는 지지 요소이고 회전자(21)는 이동 가능 요소이다. 본 발명에 따르면, 고정자(22)는 토크 전달 기기(3)에 회전 가능하지 않게 연결된다.

본 발명에 따르면, 토크 전달 기기(3)는 내부 링(5) 및 이 내부 링(5) 주위에 배열되는 외부 링(4)을 포함한다. 외부 링(4) 및 내부 링(5)은 회전 축선(23)에 대하여 동심으로 배열된다. 외부 링(4)은 내부 링(5)에 대하여 회전 축선(23)에 특정 비틀림 각도를 중심으로 회전 가능하다. 도 1에 도시된 예에서, 토크 전달 기기(3)의 내부 링(5)은 고정식으로 클램핑되고(clamped) 서보모터(2)의 고정자(22)는 토크를 전달하도록 토크 전달 기기(3)의 외부 링(4)에 체결된다(fastened). 토크 감소(20)가 결과적으로 회전자(21)에서 일어날 수 있다. 토크 전달 기기(3)의 외부 링(4)이 고정식으로 클램핑되고 서보모터(2)의 고정자(22)가 토크 전달 기기(3)의 내부 링(5)에 회전 가능하지 않게 연결되는 것이 또한 가능하다.

토크 전달 기기(3)의 상이한 실현 변형예들이 도 2 내지 도 4에 예로서 스케치된다. 외부 링(4) 및 내부 링(5) 외에, 본 발명에 따른 토크 전달 기기(3)는 하나 이상의 쌍의 수용 벨로우즈(9, 10), 가스 압력 스프링(13), 조절 유닛 및 유체 라인(fluid line)(16)들을 포함한다.

도 2 내지 도 4에서, 본 발명에 따른 토크 전달 기기(3)의 내부 링(5)이 각각의 경우 중립 위치로 도시된다. 내부 링(5)은 외부 링(4)에 대하여 포지티브 회전 방향(17)으로 또는 네거티브 회전 방향(18)으로 회전 가능하다.

외부 링(4)은 둘 이상의 몰딩(molding)(24)들을 포함한다. 각각의 몰딩(24)은 내부 링(5)의 리세스(recess)(7) 안으로 돌출한다. 하나 이상의 구동기(6)가 각각의 경우 몰딩(24)들에 위치된다. 각각의 리세스(7)에서, 내부 링(5)은 구동기(6)에 대향하여 위치되는 영역에 지지부(8)를 포함한다. 각각의 경우 수용 벨로우즈(9, 10) 중 하나는 내부 링(5)의 지지부(8)와 외부 링(4)의 구동기(6) 사이에 배열된다. 수용 벨로우즈(9, 10)는 각각의 경우 적어도 지지부(8)에 체결된다. 본 발명에 있어서, 벨로우즈는 또한 유압 실린더 등일 수 있고, 벨로우즈는 특히 금속으로 제조된다.

하나 이상의 쌍의 수용 벨로우즈(9, 10)는 포지티브 수용 벨로우즈(9) 및 네거티브 수용 벨로우즈(10)를 포함한다. 본 발명에 있어서, 포지티브 수용 벨로우즈(9)는 내부 링(5)이 중립 위치(2)로부터 포지티브 회전 방향(17)으로 수정될 때 압축되는 방식으로 배열된다. 네거티브 수용 벨로우즈(10)는 내부 링(5)이 중립 위치로부터 네거티브 회전 방향(18)으로 수정될 때 압축되는 방식으로 본 발명에 따라 배열된다.

수용 벨로우즈(9, 10)에는 본 발명에 따르면 유체, 특히 예컨대 실리콘 오일(silicon oil) 또는 글리세린(glycerin)과 같은 유압 유체가 제공된다. 수용 벨로우즈(9, 10)는 유체 라인(16)들에 의해 유체를 유도하도록 하나 이상의 가스 압력 스프링(13)에 연결된다.

본 발명에 따르면, 하나 이상의 가스 압력 스프링(13)은 유체로 충전되는 밀폐식으로 밀봉된 가스 압력 챔버(28)를 포함한다. 유체는 특히 가스이고 2 바(bar) 내지 10 바의 과압(overpressure)일 수 있다. 특히 서로 대향하여 위치되는 2 개의 벨로우즈(14, 15)는 가스 압력 챔버(28) 안으로 돌출하도록 배열되며 - 이들은 전달 벨로우즈(14) 및 조절 벨로우즈(15)이다. 전달 벨로우즈(14)는 유체 라인(16)들에 의해 유체를 유도하도록 조절 유닛에 연결된다. 조절 벨로우즈(15)는 유체 라인(16)들을 통하여 유체를 유도하도록 조절 유닛에 연결된다.

본 발명에 따르면, 조절 유닛은 하나 이상의 펌프(12), 특히 피에조 펌프(12) 그리고 유체, 특히 유압 유체가 유지될 수 있는 저장소(11)를 포함한다.

내부 링(5)이 외부 링(4)에 대하여 포지티브 회전 방향(17)으로 회전될 때, 포지티브 수용 벨로우즈(9)의 압력은 증가되고 포지티브 수용 벨로우즈(9)에 위치되는 유압 유체는 유체 라인(16)을 통하여 하나 이상의 가스 압력 스프링(13)의 전달 벨로우즈(14) 안으로 유도된다. 전달 벨로우즈(14)는 팽창되려고 한다. 본 발명에 따르면, 포지티브 회전 방향(17)으로의 회전을 위해 필요한 토크는 가스 압력 챔버(28)의 압력에 의해 가변적인 방식으로 조절 가능하다.

내부 링(5)이 외부 링(4)에 대하여 네거티브 회전 방향(18)으로 회전될 때, 네거티브 수용 벨로우즈(10)의 압력은 증가되고 네거티브 수용 벨로우즈(10)에 위치되는 유압 유체는 유체 라인(16)을 통하여 하나 이상의 가스 압력 스프링(13)의 전달 벨로우즈(14) 안으로 유도된다. 전달 벨로우즈(14)는 팽창되려고 한다. 본 발명에 따르면, 네거티브 회전 방향(18)으로의 회전을 위해 필요한 토크는 가스 압력 챔버(28)의 압력에 의해 가변적인 방식으로 조절 가능하다.

가스 압력 스프링(13)의 가스 압력 챔버(28)의 압력은 전달 벨로우즈(14) 및 조절 벨로우즈(15)에 작용한다. 조절 벨로우즈(15)는 가스 압력 스프링(13)의 가스 용적이 압축 가능한 방식으로 실현된다. 조절 유닛의 펌프(12)에 의해, 유체, 특히 유압 유체는 저장소(11)로부터 조절 벨로우즈(15) 안으로 - 또는 조절 벨로우즈(15)의 밖으로 펌핑 가능하다(pumpable). 이러한 방식으로, 가스 압력 스프링(13)의 강성은 넓은 범위 내에서 조절되는 것이 가능하다.

조절 벨로우즈(15)가 완전히 비워진다면, 가스 압력 챔버(28)의 가스는 낮은 압력에서 높은 용적을 취할 수 있다. 전달 벨로우즈(14)는 결과적으로 가스 압력 챔버(28)의 압력을 현저하게 증가시키지 않으면서 팽창할 수 있다. 즉 가스 압력 스프링(13)은 이러한 위치에서 적은 양의 강성을 갖는다.

대조적으로 조절 벨로우즈(15)가, 따라서 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 그의 단부 위치까지 충전된다면, 전달 벨로우즈(15)의 약간의 팽창은 이미 가스 압력 챔버(28)의 압력의 높은 증가 그리고 결과적으로 전달 벨로우즈 상으로의 높은 대항 힘(counter force)을 초래한다. 가스 압력 스프링(13)은 이러한 위치에서 높은 레벨의 강성을 갖는다.

전달 벨로우즈(14)가 가스 압력 스프링(13)의 가스 압력 챔버(28)의 압력을 수용 벨로우즈(9, 10)로 전달하고 토크가 여기 생성되기 때문에, 가스 압력 스프링(13)의 가변적인 강성은 따라서 가변적인 비틀림 스프링 특징으로 바로 바뀐다. 본 발명에 따르면, 조절 벨로우즈(15)의 용적은 펌프(12)에 의해 가변적이고 그 결과 본 발명에 따른 토크 전달 기기(3)의 회전 강성은 조절 가능하다. 이는 펌프(12)의 출력의 디자인에 따라서 수 초들 또는 수분의 초들(fractions of a second) 내에서 실행된다.

조절 유닛은 본원에 어떠한 세부 사항도 도시되지 않으며 조절 유닛이 연결되는 제어 유닛에 의해 제어되거나 조정된다. 게다가, 예컨대 벨로우즈 중 하나 이상의 압력과 같은 상태들을 검출하는 센서들이 토크 전달 기기(3)에 배열될 수 있다.

토크 전달 기기(3)는 또한 지지 요소들을 포함할 수 있다. 예컨대, 롤링 요소(rolling element)들이 외부 링(4)과 내부 링(5) 사이에 배열될 수 있다.

도 3에 예로서 스케치된 본 발명에 따른 토크 전달 기기(3)의 실현 변형예는 하나의 단일 쌍의 수용 벨로우즈(9, 10) 및 하나의 단일 가스 압력 스프링(13)을 포함한다. 조절 유닛은 하나의 단일 펌프(12)를 포함한다.

수용 벨로우즈(9, 10)는 여기서 각각의 경우 지지부(9)에 체결되고 구동기(6) 상에 느슨하게 놓인다. 수용 벨로우즈(9, 10)는 각각의 경우 내부 링(5)이 중립 위치(25)에 있을 때 이용 가능한 치수를 넘어서 수용 벨로우즈(9, 10)가 팽창하는 것을 방지하는 멈춤부(19)를 포함한다. 양쪽의 수용 벨로우즈(9, 10)는 중립 위치(25)에서 이들의 최대 용적을 포함한다. 내부 링(5)이 외부 링(5)에 대하여 중립 위치로부터 회전될 때, 수용 벨로우즈(9, 10) 중 하나는 압축되고, 수용 벨로우즈(10, 9)의 다른 하나는 그의 용적을 유지한다. 상기 압축 동안, 상기 설명된 감쇠가 가스 압력 스프링(13)에 의해 수행된다. 토크 전달 기기(3)는 중립 위치(25)로 대향 방향으로 회전될 때 강성을 갖지 않는다. 토크는 중립 위치에 다시 도달될 때까지 자유롭게 작용할 수 있다.

도 3에 도시된 변형예에 비교하여, 도 4에 예로서 스케치된 본 발명에 따른 토크 전달 기기(3)의 실현 변형예는 2 개의 가스 압력 스프링(13)을 포함한다. 가스 압력 스프링들의 각각은 유체를 유도하도록 유체 라인(16)들에 의해, 여기서 단지 하나의 단일 쌍인, 수용 벨로우즈의 쌍의 하나의 수용 벨로우즈(9, 10)에 연결된다.

2 개의 가스 압력 스프링(13)들에 의해, 가스 압력 스프링(13)들의 수는 가능한 회전 방향(17, 18)들에 대응한다. 2 개의 가스 압력 스프링(13)들은 별개로 제어 가능하다. 조절 유닛은 이 목적을 위해 2 개의 펌프(12)들을 포함한다. 결과적으로, 수용 벨로우즈(9, 10)는 각각의 경우 압력 페이스에 뿐만 아니라 또한 인장 페이스에도 영향을 받는 것이 가능하다. 가스 압력 스프링(13)들 중 하나가 하나의 수용 벨로우즈(9, 10)의 압력 페이스를 동반하지만, 동시에 가스 압력 스프링(13)들 중 다른 하나가 다른 수용 벨로우즈(10, 9)의 인장 페이스에 영향을 준다.

수용 벨로우즈(9, 10)는 이러한 경우 멈춤부(19)를 포함하지 않는다. 수용 벨로우즈(9, 10)는 각각의 경우 내부 링(5)의 지지부(8) 및 외부 링(4)의 구동기(6) 양자에 체결된다. 포지티브 수용 벨로우즈(9)는 네거티브 수용 벨로우즈(10)가 그의 최소 용적을 포함하는 위치에 내부 링(5)이 있을 때 그의 최대 용적을 포함하며 그 역도 가능하다. 특히, 양쪽의 펌프(12)들은 가스 압력 스프링(13)들이 각각의 경우 동일한 내부 강성을 갖는 방식으로 병렬로 작동될 수 있다.

도 4에 도시된 실현 변형예 외에, 도 5에 예로서 스케치된 본 발명에 따른 토크 전달 기기(3)의 실현 변형예는 2 개의 쌍들의 수용 벨로우즈(9, 10)를 포함한다. 이러한 경우, 2 개의 포지티브 수용 벨로우즈(9)는 병렬로 연결되고 2 개의 네거티브 수용 벨로우즈(10)는 병렬로 연결된다.

본 발명이 바람직한 예시적인 실시예에 의해 상세하게 예시되고 설명되었지만, 본 발명은 개시된 예들에 의해 한정되지 않으며 다른 변형들이 본 발명의 보호 범주로부터 이탈함이 없이 당업자에 의해 이로부터 비롯될 수 있다.

Claims

내부 링(inner ring)(5), 상기 내부 링(5)에 대하여 중립 위치(25)로부터 포지티브 회전 방향(positive direction of rotation)(17)으로 또는 네거티브 회전 방향(negative direction of rotation)(18)으로 회전 가능하도록 배열되는 외부 링(4), 포지티브 수용 벨로우즈(bellows)(9) 및 네거티브 수용 벨로우즈(10)를 포함하는 하나 이상의 쌍의 수용 벨로우즈(9, 10), 하나 이상의 가스 압력 스프링(gas pressure spring)(13), 및 상기 하나 이상의 가스 압력 스프링(13)에 연결되는 조절 유닛(adjusting unit)을 포함하는 토크 전달 기기(torque transmission device)(3)로서,
상기 수용 벨로우즈(9, 10)는, 내부 링(5)이 포지티브 회전 방향(17)으로 회전될 때 포지티브 수용 벨로우즈(9)가 압축 가능하고 내부 링(5)이 네거티브 회전 방향(18)으로 회전될 때 네거티브 수용 벨로우즈(10)가 압축 가능한 방식으로, 외부 링(4)과 내부 링(5) 사이에 배열되며, 수용 벨로우즈(9, 10)는 유체를 유도하도록(conduct) 하나 이상의 가스 압력 스프링(13)에 연결되고,
상기 하나 이상의 가스 압력 스프링(13)은 밀폐식으로 밀봉되는(hermetically sealed) 가스 압력 챔버(chamber)(28), 상기 가스 압력 챔버(28) 안으로 돌출하는 전달 벨로우즈(14) 및 상기 가스 압력 챔버(28) 안으로 돌출하는 조절 벨로우즈(15)를 포함하며,
상기 수용 벨로우즈(9, 10)는 유체를 유도하도록 전달 벨로우즈(14)에 연결되고 상기 조절 유닛은 유체를 유도하도록 조절 벨로우즈(15)에 연결되는,
토크 전달 기기.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 조절 유닛은 저장소(11) 및 펌프(pump)(12)를 포함하는,
토크 전달 기기.
제 3 항에 있어서,
상기 펌프(12)는 피에조 펌프(piezo-pump)(12)인,
토크 전달 기기.
제 1 항, 제 3 항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 토크 전달 기기(3)는 조절 유닛에 연결되는 2 개의 가스 압력 스프링(13)들을 포함하고,
상기 하나 이상의 포지티브 수용 벨로우즈(9)는 유체를 유도하도록 2 개의 가스 압력 스프링(13)들 중 하나에 연결되고 하나 이상의 네거티브 수용 벨로우즈(10)는 유체를 유도하도록 2 개의 가스 압력 스프링(13)들 중의 다른 하나에 연결되는,
토크 전달 기기.
제 5 항에 있어서,
상기 조절 유닛은 가스 압력 스프링(13) 마다 별개의 펌프(12)를 포함하는,
토크 전달 기기.
제 1 항, 제 3 항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 토크 전달 기기(3)는 2 개의 쌍들의 수용 벨로우즈(9, 10)를 포함하는,
토크 전달 기기.
제 1 항, 제 3 항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 토크 전달 기기(3)는 실질적으로 원형 표면적을 갖는 실린더(cylinder)의 형태를 포함하는,
토크 전달 기기.
제 1 항, 제 3 항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하나 이상의 벨로우즈(9, 10, 14, 15)는 금속 벨로우즈인,
토크 전달 기기.
제 1 항, 제 3 항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 토크 전달 기기(3), 회전자(rotor)(21) 및 고정자(stator)(22)를 포함하는 서보모터(servomotor)(2)를 갖는 액추에이터(actuator)(1)로서,
상기 서보모터(2)의 고정자(22)는 토크 전달 기기(3)의 외부 링(4) 또는 내부 링(5)에 회전 가능하지 않게 연결되는,
액추에이터.
제 10 항에 따른 액추에이터(1) 및 기계적 유닛(27)을 갖는 로봇(robot)(26)으로서,
상기 액추에이터(1)는 힘을 전달하도록 또는 토크를 전달하도록 기계적 유닛(27)에 연결되는,
로봇.