KR101054222B1

KR101054222B1 - Series-connected motor assembly

Info

Publication number: KR101054222B1
Application number: KR1020080104531A
Authority: KR
Inventors: 민동명
Original assignee: (주)미래컴퍼니
Priority date: 2008-10-24
Filing date: 2008-10-24
Publication date: 2011-08-08
Also published as: KR20100045556A

Abstract

직렬 연결된 모터 조립체가 개시된다. 직렬로 배치되는 복수의 모터와, 복수의 모터 사이에 각각 개재되어 모터의 구동축에 결합되는 하나 이상의 등속 조인트와, 복수의 모터 중 어느 하나 이상에 전기적으로 연결되어, 모터의 작동을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 직렬 연결된 모터 조립체는, 작은 출력, 즉 작은 부피의 모터를 여러 개 직렬로 연결함으로써 로봇 암 등을 작동시키기에 충분한 출력을 낼 수 있고, 직렬 연결된 모터의 수를 늘리는 것만으로 용이하게 모터의 전체 출력을 조절할 수 있으며, 수술용 로봇 암 등 큰 부피의 모터를 설치하기 곤란한 공간에도 풀리와 같은 복잡한 연결 메커니즘 없이 간단하게 모터를 설치할 수 있어, 로봇 설계상의 제약을 줄이고 로봇의 슬림화에 기여할 수 있다.A series connected motor assembly is disclosed. A plurality of motors arranged in series, one or more constant velocity joints interposed between the plurality of motors and coupled to a drive shaft of the motor, and a controller electrically connected to any one or more of the plurality of motors to control operation of the motors. The series-connected motor assembly comprising a small output, that is, a small volume of the motor in series by connecting a plurality of outputs sufficient to operate the robot arm, etc., simply by increasing the number of the series-connected motor can be easily The overall power can be adjusted and the motor can be easily installed in a space where it is difficult to install a large volume of motor such as a surgical robot arm without complicated connection mechanisms such as pulleys, thereby reducing the robot design constraints and contributing to the slimming of the robot. .

직렬, 모터, 조립체 Serial, motor, assembly

Description

Serial connected motor assembly

본 발명은 직렬 연결된 모터 조립체에 관한 것이다.The present invention relates to a motor assembly connected in series.

모터는, 전류가 흐르는 도체가 자기장 속에서 받는 힘을 이용하여 전기에너지를 역학적 에너지로 바꾸는 장치로서, 전원의 종류에 따라 직류전동기와 교류전동기로 분류되며, 교류전동기는 다시 3상 교류용과 단상 교류용으로 구분된다.A motor is a device that converts electrical energy into mechanical energy by using a force that a current flowing in a magnetic field receives in a magnetic field. The motor is classified into a DC motor and an AC motor according to the type of power source. It is divided into dragons.

로봇의 동작을 제어하기 위해서는 동작이 되어야 할 부분에 모터를 설치하고, 모터의 회전수를 제어할 수 있는 인코더(encoder)를 연결하여 모터의 작동을 제어함으로써 로봇 암(arm) 등이 움직이도록 하는 것이다. 로봇 암의 자중이나 로봇 암에 걸리는 하중을 감안할 때, 작동되어야 할 부위에 따라 그에 맞는 출력을 내는 모터를 사용하게 된다.In order to control the operation of the robot, the motor is installed in the part to be operated, and the encoder arm that controls the rotation speed of the motor is connected to control the operation of the motor so that the robot arm moves. will be. Given the weight of the robot arm or the load on the robot arm, a motor that produces a power appropriate for the area to be operated is used.

이러한 모터는, 큰 출력을 얻기 위해서는 모터 내의 코일의 양을 늘려야 하므로 그만큼 모터의 부피가 커지게 된다는 한계가 있어서, 로봇에 따라서는 로봇 암을 작동시키기 위해 필요한 출력(부피)의 모터를 설치할 공간이 확보되지 못하는 상황이 발생할 수 있다. 특히, 인체 수술에 사용되는 수술용 로봇의 경우 전체적인 부피가 슬림화되는 경향이 있고, 산업용 로봇과 달리 로봇의 부위 중 수술을 받는 환자 근처에 억세스될 수 있는 부분이 제한될 수 있어, 필요하다고 해서 아무 곳에나 큰 부피의 모터를 설치하지 못하는 상황이 빈번한 실정이다.Such a motor has a limitation in that the volume of the motor is increased because the amount of coils in the motor must be increased in order to obtain a large output. Some robots have a space to install a motor having an output (volume) necessary to operate the robot arm. A situation may arise where it is not secured. In particular, surgical robots used in human surgery tend to be slim in overall volume, and unlike industrial robots, the parts of the robot that can be accessed near the patient undergoing surgery may be limited. There is a frequent situation where a large volume of motors cannot be installed anywhere.

이러한 경우에, 종래에는, 본체에 모터를 설치하고, 풀리 등을 사용하여 모터와 작동될 부분을 연결하는 방식이 적용되었다. 그러나, 종래 기술의 경우에도 본체에 모터를 설치할 공간을 확보하여야 하며, 작동될 부분과 모터를 풀리로 연결하기 위한 메커니즘이 복잡하며, 그에 따라 불필요한 공간 및 부품이 소요된다는 문제가 있다.In this case, conventionally, a method of installing a motor in the main body and connecting a part to be operated with the motor using a pulley or the like has been applied. However, even in the prior art, it is necessary to secure a space for installing a motor in a main body, and a mechanism for connecting a part to be operated and a motor by a pulley is complicated, and thus there is a problem that unnecessary space and parts are required.

또한, 로봇의 본체에 모터를 설치하기 위한 확보하는 것은 로봇의 슬림화에 한계로 작용하게 되며, 복잡한 '모터-풀리-동작부'의 메커니즘은 잦은 고장 및 높은 유지관리 비용의 원인이 되기도 한다.In addition, securing to install a motor in the main body of the robot is a limit to the slimming of the robot, the complex 'motor-pulley-operating part' mechanisms cause frequent failures and high maintenance costs.

전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.The background art described above is technical information possessed by the inventors for the derivation of the present invention or acquired during the derivation process of the present invention, and is not necessarily a publicly known technique disclosed to the general public before the application of the present invention.

본 발명은, 작은 출력, 즉 작은 부피의 모터를 사용하면서도 로봇 암 등을 작동시키기에 충분한 출력을 낼 수 있는 모터 조립체를 제공하는 것이다.The present invention provides a motor assembly capable of producing a small output, that is, a sufficient output to operate a robot arm or the like while using a small volume of the motor.

본 발명의 일 측면에 따르면, 직렬로 배치되는 복수의 모터와, 복수의 모터 사이에 각각 개재되어 모터의 구동축에 결합되는 하나 이상의 등속 조인트와, 복수의 모터 중 어느 하나 이상에 전기적으로 연결되어, 모터의 작동을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 직렬 연결된 모터 조립체가 제공된다.According to an aspect of the present invention, a plurality of motors arranged in series, at least one constant velocity joint interposed between the plurality of motors and coupled to the drive shaft of the motor, and electrically connected to any one or more of the plurality of motors, A series connected motor assembly is provided that includes a controller that controls the operation of the motor.

컨트롤러는 복수의 모터 중 최단부에 배치되는 모터의 회전수를 제어할 수 있다. 모터와 등속 조인트는, 모터 조립체가 소정의 패스(path)를 따라 배치될 수 있도록, 서로 회전가능하도록 결합될 수 있다.The controller may control the rotation speed of the motor disposed at the shortest part of the plurality of motors. The motor and the constant velocity joint can be rotatably coupled to each other so that the motor assembly can be disposed along a predetermined path.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 잇점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.Other aspects, features, and advantages other than those described above will become apparent from the following drawings, claims, and detailed description of the invention.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 작은 출력, 즉 작은 부피의 모터를 여러 개 직렬로 연결함으로써 로봇 암 등을 작동시키기에 충분한 출력을 낼 수 있고, 직렬 연결된 모터의 수를 늘리는 것만으로 용이하게 모터의 전체 출력을 조절할 수 있으며, 수술용 로봇 암 등 큰 부피의 모터를 설치하기 곤란한 공간에도 풀리와 같은 복잡한 연결 메커니즘 없이 간단하게 모터를 설치할 수 있어, 로봇 설계상의 제약을 줄이고 로봇의 슬림화에 기여할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, by connecting several small outputs, that is, a small volume of motors in series, it is possible to output enough power to operate a robot arm or the like, and to easily increase the number of motors connected in series. It can control the overall output of the robot and can easily install the motor without complicated connection mechanism such as pulley even in the space where it is difficult to install a large volume motor such as a surgical robot arm, thereby reducing the robot design constraints and contributing to the slimming of the robot. have.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In the following description of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and in the following description with reference to the accompanying drawings, the same or corresponding components are given the same reference numerals and redundant description thereof will be omitted. Shall be.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 모터 조립체를 나타낸 도면이 다. 도 1을 참조하면, 모터(10), 컨트롤러(12), 등속 조인트(14), 구동축(16), 패스(20)가 도시되어 있다.1 is a view showing a motor assembly according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a motor 10, a controller 12, a constant velocity joint 14, a drive shaft 16, and a path 20 are shown.

본 실시예는, 길이방향으로 연장된 막대나 호스(hose) 형상의 작동체에 직접 설치하여 필요한 출력을 얻을 수 있고, 모터 조립체의 전체 출력을 용이하게 조절할 수 있으며, 연결 메커니즘을 생략하고 간단하게 직접 모터를 설치할 수 있도록 고안된 모터 조립체를 특징으로 한다.This embodiment can be installed directly on the longitudinally extending rod or hose-shaped actuator to obtain the required output, to easily adjust the overall output of the motor assembly, to omit the coupling mechanism and simply It features a motor assembly designed to install the motor directly.

즉, 본 실시예에 따른 모터 조립체는 복수의 모터(10)가 직렬로 연결된 것으로, 각각의 모터(10)는 등속 조인트(14)에 의해 연결된다. 이로써, 각 모터(10)의 출력이 연결된 모터(10)의 갯수에 비례하여 증가하게 된다. 예를 들어, 출력이 P인 모터(10) n개를 직렬로 연결할 경우 최단부에 연결된 모터(10)의 구동축(16)에서의 출력은 nP가 되는 것이다.That is, in the motor assembly according to the present embodiment, a plurality of motors 10 are connected in series, and each motor 10 is connected by a constant velocity joint 14. As a result, the output of each motor 10 is increased in proportion to the number of motors 10 connected thereto. For example, when n motors 10 whose output is P are connected in series, the output from the drive shaft 16 of the motor 10 connected to the shortest part is nP.

따라서, 하나의 모터만으로는 원하는 출력을 얻을 수 없는 경우에 큰 출력, 즉 큰 부피의 모터를 사용하는 대신 작은 부피의 모터(10)를 직렬로 연결하여 전체적으로 원하는 출력을 얻을 수 있게 된다. 이와 같이 작은 출력, 즉 작은 부피의 모터(10)를 길이방향으로 직렬 연결함에 따라 로봇 암이나 내시경 등 가늘고 긴 구동체에도 필요한 출력을 낼 수 있는 모터 조립체를 직접 설치할 수 있다.Therefore, when only one motor cannot obtain the desired output, instead of using a large output, that is, a large volume motor, the small volume motor 10 can be connected in series to obtain a desired output as a whole. Thus, by connecting the small output, that is, the small volume of the motor 10 in series in the longitudinal direction, it is possible to directly install a motor assembly capable of outputting the required output even on a thin and long drive body such as a robot arm or endoscope.

도 1에 도시된 것처럼, 모터(10) 사이를 연결하는 등속 조인트(14)는 각각의 모터(10)의 구동축(16)에 결합된다. 등속 조인트(14)는 어느 하나의 모터(10)의 출력을 그대로 다른 하나의 모터(10)로 전달하는 역할을 하므로, 직렬로 연결된 복수개의 모터(10)의 출력이 모두 최단부의 모터(10)의 구동축(16)에 축적되도록 한 다.As shown in FIG. 1, a constant velocity joint 14 connecting between the motors 10 is coupled to the drive shaft 16 of each motor 10. The constant velocity joint 14 transfers the output of one motor 10 to the other motor 10 as it is, so that the outputs of the plurality of motors 10 connected in series are all the shortest motors 10. To be accumulated on the drive shaft (16).

이와 같이 직렬로 연결된 모터 조립체의 작동을 제어하기 위해, 도 1에는 최종 출력단의 모터(10)에 컨트롤러(12)가 전기적으로 연결된 경우가 예시되어 있다. 컨트롤러(12)를 통해 모터(10)의 작동에 필요한 신호를 전송함으로써 모터(10)가 원하는 만큼 회전하도록 제어할 수 있으며, 이를 위해 모터의 회전 정도를 감지할 수 있는 포텐쇼미터(Photentiometer)나 엔코더(encoder)를 포함할 수 있다.In order to control the operation of the motor assembly connected in series as described above, FIG. 1 illustrates a case in which the controller 12 is electrically connected to the motor 10 of the final output terminal. By transmitting a signal necessary for the operation of the motor 10 through the controller 12, the motor 10 can be controlled to rotate as desired. For this purpose, a potentiometer or an encoder (for detecting the degree of rotation of the motor) can be used. encoder).

예를 들어, 로봇 암의 작동을 위해 모터(10)의 구동축(16)을 n회 회전시킬 경우, 컨트롤러(12)는 이에 상응하는 신호를 최종 출력단의 모터(10)에 전송하고, 그에 따라 직렬 연결된 모터(10)의 전부 또는 일부가 회전하여 최종 출력단의 모터(10)가 n회 회전되도록 모터(10)를 구동시키는 것이다.For example, if the drive shaft 16 of the motor 10 is rotated n times for the operation of the robot arm, the controller 12 transmits a corresponding signal to the motor 10 of the final output stage and accordingly All or part of the connected motor 10 rotates to drive the motor 10 so that the motor 10 of the final output stage rotates n times.

다만, 본 발명에 따른 컨트롤러(12)가 반드시 최종 출력단의 모터(10)에만 연결되어야 하는 것은 아니며, 결과적으로 최종 출력단의 모터(10)의 작동을 제어할 수 있는 범위 내에서 다른 모터(10) 또는 여러 개의 모터(10)에 연결될 수도 있음은 물론이다.However, the controller 12 according to the present invention is not necessarily connected only to the motor 10 of the final output stage, and as a result, the other motor 10 within a range capable of controlling the operation of the motor 10 of the final output stage. Or it may be connected to several motors 10 is a matter of course.

이처럼, 복수의 모터(10)를 직렬로 연결하여 원하는 출력을 확보한 상태에서 최종 출력단의 모터(10)의 회전수를 정밀하게 제어함으로써 본 실시예에 따른 모터 조립체에 의해 작동되는 로봇 암 등을 원하는 만큼 회동시킬 수 있게 된다.As such, the robot arm operated by the motor assembly according to the present embodiment is precisely controlled by precisely controlling the rotation speed of the motor 10 of the final output stage in a state in which a desired output is secured by connecting the plurality of motors 10 in series. You can rotate as much as you want.

한편 모터(10)의 구동축(16)과 등속 조인트(14)는, 힌지 결합, 볼조인트 결합, 피봇 결합 등 서로 회전가능한 방식으로 결합함으로써, 전체적으로 모터 조립체가 일직선뿐만 아니라 구부러진 형상으로도 배열될 수 있도록 할 수 있다.Meanwhile, the drive shaft 16 and the constant velocity joint 14 of the motor 10 are coupled to each other in a rotatable manner such as a hinge coupling, a ball joint coupling, a pivot coupling, and the like, so that the motor assembly as a whole can be arranged not only in a straight line but also in a bent shape. You can do that.

즉, 본 실시예에 따른 모터 조립체는 도 1에 도시된 것처럼 소정의 형상으로 형성된 패스(path)(20)를 따라 배치될 수 있으며, 이에 따라 특정 형상으로 설계된 로봇 암이나 복강경 등 종래에는 모터를 직접 설치할 수 없었던 형상의 작동체에도 직접 모터를 내장, 설치할 수 있다.That is, the motor assembly according to the present embodiment may be disposed along a path 20 formed in a predetermined shape as shown in FIG. 1, and accordingly, a motor such as a robot arm or a laparoscope designed in a specific shape may be used. Motors can also be built directly into actuators that could not be mounted directly.

이와 같이, 본 실시예에 따른 수술용 로봇 암 등 큰 부피의 모터를 설치하기 곤란한 공간에도 풀리와 같은 복잡한 연결 메커니즘 없이 간단하게 모터를 설치할 수 있어, 로봇 설계상의 제약을 줄일 수 있고, 결과적으로 로봇을 슬림하게 설계할 수 있도록 하며, 종래의 복잡한 구동 메커니즘을 간소하게 함으로써 로봇의 작동 신뢰성을 제고할 수 있다.As such, even in a space where it is difficult to install a large volume motor such as a surgical robot arm according to the present embodiment, the motor can be simply installed without a complicated connection mechanism such as a pulley, thereby reducing the constraints on the robot design and consequently the robot. It is possible to design a slim, and the operation reliability of the robot can be improved by simplifying the conventional complicated driving mechanism.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. It will be understood that the invention may be varied and varied without departing from the scope of the invention.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 모터 조립체를 나타낸 도면.1 shows a motor assembly according to a preferred embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10 : 모터 12 : 컨트롤러10 motor 12 controller

14 : 등속 조인트 16 : 구동축14 constant velocity joint 16 drive shaft

20 : 패스20: pass

Claims

A motor assembly formed by connecting a plurality of motors in series to produce a predetermined output,

A plurality of motors connected in series along a predetermined path;

The plurality of motors interposed between the plurality of motors, respectively, coupled to drive shafts of the motors to connect the plurality of motors in series with each other, and transfer the output of any one motor to the other motor in series; At least one constant velocity joint such that all of the outputs are accumulated on a drive shaft of a motor connected to the shortest end of the plurality of motors;

A controller electrically connected to the plurality of motors, the controller transmitting a signal to each of the plurality of motors such that any one of the plurality of motors rotates by a predetermined rotational speed,

The motor and the constant velocity joint are rotatably coupled to each other so that the plurality of motors can be disposed along the path,

And the output from the drive shaft of the motor connected to the shortest of the plurality of motors increases with the number of the plurality of motors.

The method of claim 1,

And the output from the drive shaft of the motor connected to the shortest of the plurality of motors is calculated according to the following equation.

Output from drive shaft of motor connected at shortest end = nP

Here, n is the number of the plurality of motors, P is the output of each of the plurality of motors.

The method of claim 1,

And the controller transmits a signal to each of the plurality of motors to control the rotational speed of the motor connected to the shortest of the plurality of motors.