KR100840741B1 - 다지 로봇 핸드 - Google Patents

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
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    • B25J15/08—Gripping heads and other end effectors having finger members
    • B25J15/10—Gripping heads and other end effectors having finger members with three or more finger members

Abstract

본 발명에 따른 다지 로봇 핸드는 인체의 손 운동을 모사하기 위한 동력원으로서 복수의 소형모터가 구비되는 몸체부; 및 상기 몸체부에 연결되어 모터동력에 의한 관절운동이 제어되는 5개의 손가락 관절부를 포함하는데, 상기 몸체부를 구성함에 있어, 베이스 플레이트; 상기 베이스 플레이트 위에 설치되어 회전동력을 발생하는 복수의 소형모터; 상기 소형모터의 회전동력을 전달하는 구동벨트; 및 상기 베이스 플레이트의 선단에 설치되어 구동벨트와 연동되는 회전동력을 전달받고, 상기 회전동력이 손가락 관절부에 전달되도록 축 결합하는 관절 결합부를 포함하는 구성을 특징으로 한다.
본 발명은 링크 연결형 종속 메커니즘을 이용해 다지 로봇 핸드의 손가락 관절운동이 모사되도록 함으로써, 구조가 간단하면서도적은 비용으로 사람의 손 운동을 모사한 다지 로봇 핸드를 제작할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 소수의 동력원 만을 이용해 손가락 관절운동을 구동하는 구조여서, 간편한 제어구조를 갖는 효과가 있다.

Description

다지 로봇 핸드{MULTI-FINGERED ROBOT HAND}
도 1은 본 발명에 따른 다지 로봇 핸드의 전체구조를 설명하기 사시도.
도 2내지 도4는 본 발명에 따른 다지 로봇 핸드의 손가락 관절운동을 설명하기 위한 작용상태도.
<도면중 주요부분에 대한 부호의 설명>
100: 몸체부 110: 베이스 플레이트
120: 소형모터 130: 구동벨트
140: 관절결합부 200: 손가락 관절부
210: 제1회동관절 212: 제2회동관절
213: 제3회동관절 220: 제1링크
221: 제1피봇점 222: 제2피봇점
223: 제3피봇점 230: 제2링크
231: 제1피봇점 232: 제2피봇점
233: 제3피봇점 240: 제1보조링크
250: 제3링크 251: 제1피봇점
252: 제2피봇점 260: 제2보조링크
본 발명은 다지 로봇 핸드에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 링크 연결형 종속 메커니즘을 이용해 다지 로봇 핸드의 손가락 관절운동이 모사되도록 함으로써, 구조가 간단하면서도적은 비용으로 사람의 손 운동을 모사할 수 있도록 한 다지 로봇 핸드에 관한 것이다.
1980년 초부터 Stanford 대학/JPL, Utah/MIT대학, 일본 MEL 연구소 등 세계 각지에서 로봇 핸드에 대한 개발이 이루어지고 있는 실정이다.
Loucks 등은 로봇 손의 전반부에 장착한 구동 메커니즘에 연결된 tendon을 이용하여 4개의 관절로 구성된 4개의 손가락을 구동하는 Stanford/JPL hand를 개발한 바 있다.
또한, Jacobson 등이 개발한 Utah/MIT hand는 4개의 손가락을 지니며 각 손가락은 공압 실린더에 의해 구동되는 tendon을 통해 독립적으로 동작하는 4개의 관절로 이루어져 있고, Anthrobot-2 hand는 5개의 손가락을 갖는 로봇 손으로서 각 손가락은 tendon을 이용하여 서보모터에 의해 구동되는 4개의 관절로 이루어져 있다.
이후, Lin과 Huang은 사람의 손과 같이 5개의 손가락으로 구성되며 각 관절 이 소형모터와 기어세트로 구동되는 총 17 자유도의 NTU hand를 개발하였고, Rossheim사에서는 인체의 근육을 서보모터를 이용한 선형 액츄에이터로 사용하는 등 많은 부분에서 인간의 손을 흉내 낸 세 손가락 로봇인 Omni Hand II를 개발하였다.
그러나, 이와 같은 기존 기술의 로봇 핸드는 대부분 구동기를 포함한 로봇 손의 전체 시스템이 복잡하고 비대하여 사람 크기의 로봇 핸드 개발에 많은 어려움이 있었다.
따라서, 소형모터와 같은 구조가 간단하고 제어가 쉬운 동력원을 이용해 사람의 손 크기와 흡사한 크기의 손가락 관절운동이 가능하도록 하는 다지 로봇 핸드의 개발이 요구되는 바이다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 링크 연결형 종속 메커니즘을 이용해 다지 로봇 핸드의 손가락 관절운동이 모사되도록 함으로써, 구조가 간단하면서도적은 비용으로 사람의 손 운동을 모사할 수 있도록 한 다지 로봇 핸드를 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다지 로봇 핸드는 인체의 손 운동을 모사하기 위한 동력원으로서 복수의 소형모터가 구비되는 몸체 부; 및 상기 몸체부에 연결되어 모터동력에 의한 관절운동이 제어되는 5개의 손가락 관절부를 포함하는 구성을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 다지 로봇 핸드는 몸체부를 구성함에 있어, 베이스 플레이트; 상기 베이스 플레이트 위에 설치되어 회전동력을 발생하는 복수의 소형모터; 상기 소형모터의 회전동력을 전달하는 구동벨트; 및 상기 베이스 플레이트의 선단에 설치되어 구동벨트와 연동되는 회전동력을 전달받고, 상기 회전동력이 손가락 관절부에 전달되도록 축 결합하는 관절 결합부를 포함하는 구성을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명에 따른 다지 로봇 핸드는 손가락 관절부를 구성함에 있어, 관절 결합부에 축 결합되어 구동벨트의 회전력을 전달받아 회전하는 제1회동관절; 상기 제1회동관절에 일단이 고정된 상태로 함께 회전되는 제1링크; 상기 제1링크의 끝단의 제2피봇점과 제2회동관절로 연결되는 제2링크; 상기 제2링크의제2피봇점과 상기 관절 결합부 사이를 링크 연결시켜, 제1링크의 회전운동과 연동하여 제2링크의 회전이 이루어지도록 작용하는 제1보조링크; 상기 제2링크의 끝단의 제3피봇점과 제3회동관절로 연결되는 제3링크; 및 상기 제3링크의 제2피봇점과 상기 제1링크 끝단의 제3피봇점 사이를 링크 연결시켜, 제2링크의 회전운동과 연동하여 제3링크의 회전이 이루어지도록 작용하는 제2보조링크를 포함하는 구성을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 다지 로봇 핸드의 전체구조를 설명하기 사시도이고, 도 2내지 도4는 본 발명에 따른 다지 로봇 핸드의 손가락 관절운동을 설명하기 위한 작용상태도이다.
동 도면에서 보여지는 바와 같은 본 발명에 따른 다지 로봇 핸드는 인체의 손 운동을 모사하기 위한 동력원으로서 복수의 소형모터(120)가 구비되는 몸체부(100) 및 상기 몸체부(100)에 연결되어 모터동력에 의한 관절운동이 제어되는 5개의 손가락 관절부(200)를 포함하는데, 각 구성요소에 대해 보다 자세히 설명하면 다음과 같다.
상기 몸체부(100)는 크게 베이스 플레이트(110), 소형모터(120), 구동벨트(130) 및 관절 결합부(140)로 구성된다.
우선, 상기 베이스 플레이트(110)는 각종 구성요소 및 손가락 관절부(200)를 기구적으로 설치하기 위한 것으로서, 판체를 이용해 손 바닥부의 형상으로 제작된다.
상기 베이스 플레이트(110) 상에는 도 1에서와 같이 최소 3개의 소형모터(120)가 설치되도록 하는데, 1개의 소형모터(120)가 엄지손가락 관절부(200)를 구동시키고, 나머지 검지, 중지, 약지, 소지 손가락 관절부(200)를 2 개의 소형모터(120)가 분담하여 구동시키게 된다. 이때, 검지와 중지를 1개의 소형모터(120)로 구동하고, 약지와 소지를 나머지 1개의 소형모터(120)로 동시 구동시킬 수 있다.
이와 같은 소형모터(120)의 회전동력은 구동벨트(130)를 이용해 각 손가락 관절부(200)로 전달시키게 되는데, 상기 구동벨트는 타이밍 벨트를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 구동벨트(130)는 베이스 플레이트(110)의 선단에 설치된 5개의 관절 결합부(140)에 연결되고, 각 관절 결합부(140)는 5개의 손가락 관절부(200)의 제1회동관절(210)과 축 연결된다.
다음에 설명할 손가락 관절부(200)는 2개의 링크 연결구조를 갖는 엄지 손가락 관절부(200)와, 3개의 링크 연결구조를 갖는 검지, 중지, 약지, 소지 손가락 관절부(200)로 구성되는데, 각 구성 및 작용이 동일하기 때문에 각각에 대한 설명을 생략하고, 이하, 검지 손가락 관절부(200)의 구성을 중심으로 설명하고자 한다.
상기 손가락 관절부(200)는 크게 제1회동관절(210), 제1링크(220), 제2링크(230), 제1보조링크(240), 제3링크(250), 및 제2보조링크(260)를 포함하여 구성되고, 각 구성요소에 대해 보다 자세히 설명하면 다음과 같다.
우선, 제1회동관절(210)은 몸체부(100) 관절 결합부(140)에 축 결합되어 구동벨트(130)의 회전력을 전달받아 제1링크(220)를 회전시키게 된다.
다음, 제1링크(220)는 상기 제1회동관절(210)에 일단이 고정된 상태로 함께 회전되고, 타측 끝단에 제2링크(230)가 힌지 결합되기 위한 제2피봇점(222)과, 제2보조링크(260)를 힌지 결합시키기 위한 제3피봇점(223)을 차례로 형성하게 된다.
다음, 상기 제2링크(230)는 일측 끝단에 제1링크(220)의 제2피봇점(222)과 힌지 결합되어 제2회동관절(212)을 구성하기 위한 제1피봇점(231)을 형성하고, 상기 제1피봇점(231)의 수직방향 아래측에 제1보조링크(240)의 선단과 힌지 결합되는 제2피봇점(232)을 형성하며, 상기 제2피봇점(232)으로부터 소정거리 떨어진 타측 끝단에 제3링크(250)와 힌지 결합되는 제3피봇점(233)을 형성하게 된다.
이때, 상기 제2링크(230)의 제1, 2, 3피봇점(231,232,233)을 연결하여 삼각형 구조를 이루도록 한다.
다음, 제1보조링크(240)는 상기 제2링크(230)의제2피봇점(232)과 상기 관절 결합부(140) 사이를 링크 연결시켜, 제1링크(220)의 회전운동과 연동하여 제2링크(230)의 회전이 이루어지도록 작용하는데, 양단의 힌지 결합부 사이의 길이가 제1링크(220)의 제2피봇점(222)으로부터 제1회동관절 중심까지의 길이보다 짧게 형성되도록 한다.
다음, 제3링크(250)는 상기 제2링크(230)의 끝단의 제3피봇점(233)과 힌지 결합되어 제3회동관절(213)을 구성하기 위한 제1피봇점(251)이 형성되고, 상기 제1피봇점(251)의 수직방향 하측에 제2보조링크(260)의 선단과 힌지 결합되기 위한 제2피봇점(252)을 형성하게 된다.
다음, 제2보조링크(260)는 상기 제3링크(250)의 제2피봇점(252)과 상기 제1링크(220) 끝단의 제3피봇점(223) 사이를 링크 연결시켜, 제2링크(230)의 회전운동과 연동하여 제3링크(250)의 회전이 이루어지도록 작용하는데, 역시, 양단 힌지 결합부 사이의 거리가 제2링크(230)의 제1피봇점(231)과 제3피봇점(233) 사이의 거리보다는 짧게 형성되도록 한다.
여기서, 엄지 손가락 관절부(200')의 구성은 앞서 설명한 제3링크(250) 및 제2보조링크(260)의 구성이 생략된 상태로서, 제1회동관절(210'), 제2회동관절(212'), 제3회동관절(213'), 제1링크(220'), 제2링크(230') 및 제1보조링크(240')를 이용해 구성된다.
이와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.
먼저, 소형모터(120)가 구동되고, 소형모터(120)의 회전동력을 전달받은 제1회동관절(210)이 회전하게 되고, 상기 제1회동관절(210)에 고정 결합된 제1링크(220)가 도 2내지 도 4에서 보는 바와 같이 반시계 방향 회전함으로써, 1차 관절운동이 이루어지게 된다.
이때, 상기 제1링크(220)에 링크 연결된 제2링크(230)와 제3링크(250)도 함께 반시계방향 회전하게 되는데, 제1링크(220)의 회전반경보다 작은 회전반경으로 회동하는 제1보조링크(240)의 회전 작용에 의해 제2링크(230)가 제2회동관절(212)을 중심으로 2차 관절운동이 이루어지게 된다.
마찬가지로, 제2링크(230)의 회전반경보다 작은 회전반경으로 회동하는 제2보조링크(260)의 회전 작용에 의해 제3링크(250)의 3차 관절운동이 진행된다.
이와 같은 본 발명은 링크 연결에 의한 종속관계를 로봇의 손가락 관절운동에 적용함으로써, 최소 3개 정도의 소형모터를 동력원으로 장착시켜 사람의 손가락 관절운동과 흡사한 다지 로봇 핸드를 제작할 수 있게 된다.
상기와 같은 구성 및 작용을 갖는 본 발명은 앞서 설명한 다양한 실시 예를 통해 당업자의 다양한 수정 및 변경이 가능하다. 이에, 본 발명의 진정한 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라, 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
본 발명은 링크 연결형 종속 메커니즘을 이용해 다지 로봇 핸드의 손가락 관절운동이 모사되도록 함으로써, 구조가 간단하면서도적은 비용으로 사람의 손 운동을 모사한 다지 로봇 핸드를 제작할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 소수의 동력원 만을 이용해 손가락 관절운동을 구동하는 구조여서, 제어가 간편하고, 특히 소형모터의 회전수를 제어함으로써, 로봇 핸드의 섬세한 구동이 가능해지는 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 인체의 손 운동을 모사하기 위한 동력원으로서 복수의 소형모터(120)가 구비되는 몸체부(100); 및
    상기 몸체부(100)의 관절 결합부(140)에 축 결합되어 구동벨트(130)의 회전력을 전달받아 회전하는 제1회동관절(210)과, 상기 제1회동관절(210)에 일단이 고정된 상태로 함께 회전되는 제1링크(220)와, 상기 제1링크(220)의 끝단의 제2피봇점(222)과 제2회동관절(212)로 연결되는 제2링크(230)와, 상기 제2링크(230)의제2피봇점(232)과 상기 관절 결합부(140) 사이를 링크 연결시켜, 제1링크(220)의 회전운동과 연동하여 제2링크(230)의 회전이 이루어지도록 작용하는 제1보조링크(240)와, 상기 제2링크(230)의 끝단의 제3피봇점(233)과 제3회동관절(213)로 연결되는 제3링크(250)와, 상기 제3링크(250)의 제2피봇점(252)과 상기 제1링크(220) 끝단의 제3피봇점(223) 사이를 링크 연결시켜, 제2링크(230)의 회전운동과 연동하여 제3링크(250)의 회전이 이루어지도록 작용하는 제2보조링크(260)로 이루어진 손가락 관절부(200);
    를 포함하는 다지 로봇 핸드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 몸체부(100)는,
    베이스 플레이트(110);
    상기 베이스 플레이트(110) 위에 설치되어 회전동력을 발생하는 복수의 소형모터(120);
    상기 소형모터(120)의 회전동력을 전달하는 구동벨트(130); 및
    상기 베이스 플레이트(110)의 선단에 설치되어 구동벨트(130)와 연동되는 회전동력을 전달받고, 상기 회전동력이 손가락 관절부(200)에 전달되도록 축 결합하는 관절 결합부(140);
    를 포함하는 다지 로봇 핸드.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 구동벨트(130)는 타이밍벨트를 사용하는 것을 특징으로 하는 다지 로봇 핸드.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기, 제1링크(220)는 제1회동관절(210)에 일단이 고정된 상태로 함께 회전되고, 타측 끝단에 제2링크(230)가 힌지 결합되기 위한 제2피봇점(222)과, 제2보조링크(260)를 힌지 결합시키기 위한 제3피봇점(223)을 차례로 형성하는 것을 특징으로 하는 다지 로봇 핸드.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2링크(230)는 일측 끝단에 제1링크(220)의 제2피봇점(222)과 힌지 결합되어 제2회동관절(212)을 구성하기 위한 제1피봇점(231)을 형성하고, 상기 제1피봇점(231)의 수직방향 아래측에 제1보조링크(240)의 선단과 힌지 결합되는 제2피봇점(232)을 형성하며, 상기 제2피봇점(232)으로부터 소정거리 떨어진 타측 끝단에 제3링크(250)와 힌지 결합되는 제3피봇점(233)을 형성하는 것을 특징으로 하는 다지 로봇 핸드.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2링크(230)의 제1, 2, 3피봇점(231,232,233)을 연결하여 삼각형 구조를 이루도록 하는 것을 특징으로 하는 다지 로봇 핸드.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1보조링크(240)는 상기 제2링크(230)의제2피봇점(232)과 상기 관절 결합부(140) 사이를 링크 연결시켜, 제1링크(220)의 회전운동과 연동하여 제2링크(230)의 회전이 이루어지도록 작용하고, 양단의 힌지 결합부 사이의 길이가 제1링크(220)의 제2피봇점(222)으로부터 제1회동관절 중심까지의 길이보다 짧게 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 다지 로봇 핸드.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제3링크(250)는 제2링크(230)의 끝단의 제3피봇점(233)과 힌지 결합되어 제3회동관절(213)을 구성하기 위한 제1피봇점(251)이 형성되고, 상기 제1피봇점(251)의 수직방향 하측에 제2보조링크(260)의 선단과 힌지 결합되기 위한 제2피봇점(252)을 형성하는 것을 특징으로 하는 다지 로봇 핸드.
  10. 제1항에 있어서,
    상기, 제2보조링크(260)는 상기 제3링크(250)의 제2피봇점(252)과 상기 제1링크(220) 끝단의 제3피봇점(223) 사이를 링크 연결시켜, 제2링크(230)의 회전운동과 연동하여 제3링크(250)의 회전이 이루어지도록 작용하고, 양단의 힌지 결합부 사이의 거리가 제2링크(230)의 제1피봇점(231)과 제3피봇점(233) 사이의 거리보다는 짧게 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 다지 로봇 핸드.
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