KR100852772B1 - 로봇 핸드 장치 - Google Patents

Abstract

로봇 핸드 장치(1)는 베이스부(10)로부터 연장되어 설치되는 4개의 손가락 기구(20)와, 각 손가락 기구(20)를 작동시키는 하나의 모터(30)와, 각 손가락 기구(20)를 작동시키기 위해 각 손가락 기구(20)에 연결되는 4개의 회동 롤러(50)와, 각 회동 롤러(50)에 대해 모터(30)로부터의 동력을 서로 다른 타이밍으로 전달하는 동력 전달 기구(60)로 구성된다.

Description

로봇 핸드 장치{Robot hand apparatus}

본 발명은 복수의 손가락 기구를 가진 로봇 핸드 장치에 관한 것이다.

최근 사람의 손처럼 복수의 손가락을 가진 로봇 핸드 장치가 알려져 있다.

이와 같은 로봇 핸드 장치는, 주로, 손의 바닥 부분이 되는 손바닥부와, 이 손바닥부로부터 연장되게 설치되는 복수의 손가락 기구로 구성되어 있다. 각 손가락 기구에서는 복수의 지골(指骨)부재가 복수의 손가락 관절을 통해 회동가능하게 연결됨과 동시에, 모터로부터의 동력에 의해 손바닥부측(베이스부측)의 지골부재가 구부러지거나 펴짐으로써 그 앞의 지골부재가 차례로 구부러지거나 또는 펴지는 링크 기구로 되어 있다.

이하에, 이와 같은 로봇 핸드 장치의 종래 예로서 2개의 예를 들어 설명하기로 한다.

제1 로봇 핸드 장치로는 일본 공개특허 2003-266357호 공보에 개시된 장치가 알려져 있다. 이 장치에서는 상기한 각 손가락 기구에 대해 모터가 1개씩 마련되어 있고, 각각에 마련한 모터로 각 손가락 기구를 구부림으로써, 예를 들어, 새끼 손가락부터 차례로 구부려나가는 사람과 같은 파지 동작을 할 수 있도록 되어 있다.

제2 로봇 핸드 장치로는 일본 공개특허 2002-103269호 공보 및 일본 공개특허 2003-181787호 공보에 개시된 것이 알려져 있다.

이 제2 로봇 핸드 장치에서는 상기한 각 손가락 기구의 베이스부에 와이어가 달려 있고, 이들 와이어는 다양한 부재를 통해 하나의 모터에 연결되어 있다. 이로써 각 손가락 기구를 움직이기 위한 모터는 하나만 있으면 되기 때문에, 스페이스 효율을 향상시킬 수 있다.

그렇지만, 제1 로봇 핸드 장치에서는 사람과 같은 파지 동작(규칙적인 파지동작)을 실현할 수 있으나, 복수의 모터를 마련하고 있기 때문에, 스페이스 효율이 나쁘다는 문제점이 있었다.

또한 제2 로봇 핸드 장치에서는 모터가 하나이기 때문에 스페이스 효율을 향상시킬 수 있지만, 각 손가락 기구가 하나의 모터에 의해 동시에 구부려지므로, 사람과 같은 파지 동작을 할 수 없다는 문제가 있었다.

또한 제2 로봇 핸드 장치에서는 예를 들어, 복잡한 형상의 물품을 파지하는 경우에, 5개의 손가락 기구 중 어느 하나가 상기 물품에 닿으면, 모터가 더 이상 와이어를 당길 수 없게 되어 버린다. 이런 경우, 다른 손가락 기구는 그 물품에서 들뜬 상태가 되어, 적절한 파지를 할 수 없다는 문제도 있었다.

그래서, 주로 스페이스 효율을 향상시킬 수 있음과 동시에, 새끼 손가락부터 차례로 구부려나가는 사람과 같은 파지 동작을 할 수 있는 로봇 핸드 장치에 대한 요구가 있었다.

본 발명은 주로 스페이스 효율을 향상시킬 수 있음과 동시에, 사람과 같은 파지 동작을 할 수 있는 로봇 핸드 장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명은 베이스부로부터 연장되게 설치되는 복수의 손가락 기구와, 상기 각 손가락 기구를 작동시키는 하나의 동력원을 구비한 로봇 핸드 장치에 관한 것이다. 이 로봇 핸드 장치는 상기 각 손가락 기구를 작동시키기 위해 상기 각 손가락 기구에 연결되는 복수의 손가락 기구 작동부재와, 적어도 2개의 상기 손가락 기구 작동부재에 대해 상기 동력원으로부터의 동력을 연속적으로 서로 다른 타이밍으로 전달하도록 구성되는 동력 전달 기구를 구비하고 있다.

이 구조에 의하면, 예를 들어 모든 손가락 기구 작동부재의 각각에 대해 서로 다른 타이밍으로 동력이 전달되도록 동력 전달 기구를 구성함으로써, 각 손가락 기구 작동부재가 각각 소정의 타이밍씩 어긋나 작동하기 시작한다. 그 때문에, 복수의 손가락 기구를 끝에서부터 차례로 구부려 나갈 수 있다. 즉, 새끼 손가락부터 차례로 구부려 나가는 사람과 같은 파지 동작을 할 수 있게 된다.

또한, 이 구조에서는 동력 전달 기구에 의해 하나의 동력원으로부터의 동력을 각 손가락 기구 작동부재에 대해 적절히 다른 타이밍으로 전달시킬 수 있어, 동력원이 하나만 마련되면 되므로 스페이스 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 로봇 핸드 장치에서는 상기 동력원이 모터이고, 상기 손가락 기구 작동부재가 상기 손가락 기구에 대해 전달 수단을 통해 연결되는 회동 롤러인 것이 바람직하다.

여기서 상기 동력 전달 기구가 상기 각 회동 롤러를 회동가능하게 지지함과 동시에, 상기 모터에 의해 회동하는 회동축과, 상기 각 회동 롤러를 상기 회동축에 대한 소정 위치에 유지하기 위해 상기 회동축에 고정되는 탄성부재를 가진 것이 바람직하다.

그리고, 상기 탄성부재로 상기 각 회동 롤러를 소정 위치에 유지하고 있을 때에는 상기 각 회동 롤러와 상기 회동축이 일체적으로 회동하도록 구성되며, 상기 손가락 기구의 최대 쥠 상태 또는 최대 폄 상태일 때 적어도 2개의 상기 회동 롤러를 각각 유지하는 상기 탄성부재의 변형량이 서로 다르게 설정되어 있는 것이 바람직하다.

여기서, '최대 쥠 상태'란, 손가락 기구를 더 이상 구부릴 수 없는 상태를 말하고, '최대 폄 상태'란 손가락 기구를 더 이상 펼 수 없는 상태를 말한다.

이 구조에 의하면, 예를 들어, 최대 폄 상태일 때 모든 탄성부재가 각각 서로 다른 변형량으로 변형되어 있도록 설정되어 있는 경우에는, 최대한 편 상태에서 손가락 기구를 구부리기 시작할 때 모터를 구성시켜 회동축을 회동시키면, 탄성부재가 회동 롤러를 소정 위치에 유지하고 있을 때의 변형량(예를 들어, '0')으로 되는 순서로 회동 롤러가 회동축과 일체적으로 회동하게 된다.

즉, 복수의 탄성부재의 변형량을 끝에서부터 차례로(예를 들어, 새끼 손가락부터 차례로) 서서히 늘려나간 경우에는, 새끼 손가락부터 차례로 구부려나가는 사람과 같은 파지 동작을 할 수 있게 된다.

또한 이런 구조에서는 복수의 손가락 기구에 동력을 소정의 타이밍으로 적절히 전달하기 위한 동력 전달 기구로서, 다른 스페이스로 이동하지 않는 회동축 및 이에 마련되는 탄성부재를 채용했으므로, 스페이스 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한 상기 전달 수단은 링크 기구인 것이 바람직하다. 이 구조에 의하면, 종래와 같은 손가락 기구의 일부에 와이어를 감고, 이 와이어의 인장 방향을 바꿈으로써 손가락 기구를 구부리거나 펴는 구조에 비하여, 손가락 기구를 펼 때 적극적으로 링크 기구로 손가락 기구의 베이스부측 부품을 밀 수 있으므로, 손가락 기구의 폄 동작을 양호하게 수행할 수 있다.

특히, 손가락 기구를 펴는 방향으로 탄성 바이어스시키는 스프링을 마련한 종래의 구조에서는, 손가락 기구를 구부릴 때 스프링의 변형력이 쥐는 힘에 대해 손실(loss)이 되는데, 본 발명과 같은 링크 기구로 손가락 기구를 밀고당기는 구조에서는 그와 같은 문제는 해소된다.

또한, 상기 회동축에는 상기 각 회동 롤러의 일부에 접근 및 이격 가능하게 걸어맞춤되는 복수의 접촉부가 마련되는 것이 바람직하다.

이런 구조에 의하면, 예를 들어 손가락 기구에 다소 무거운 부재를 두고, 이것을 파지시키는 경우에 모터를 구동시켜 회동축을 회동시키면 탄성부재에 의해 유지된 회동 롤러가 회동축과 함께 회동하려고 하는데, 손가락 기구의 구부림 동작이 상기한 다소 무거운 부재에 의해 방해를 받으므로, 회동 롤러는 움직이지 않고 회동축이 탄성부재를 변형시키면서 회동한다.

즉, 회동 롤러에 대해 회동축이 상대적으로 회동하기 때문에, 회동축의 회동 이 진행됨에 따라, 회동축에 마련된 접촉부가 회동 롤러의 일부에 접근해 가게 된다. 그리고, 회동축의 접촉부가 회동 롤러의 일부에 닿으면, 이 접촉부에 의해 회동 롤러가 강하게 밀려 회동하게 되므로, 다소 무거운 부재라도 양호하게 파지할 수 있게 된다.

또한 상기 각 손가락 기구는 상기 베이스부측 부분을 중심으로 하여 인접하는 손가락 기구에 대해 접근 및 이격되는 방향으로 요동가능하게 지지되어 있는 것이 바람직하다.

이런 구조에 의하면, 로봇 핸드 장치와 사람이 악수하는 경우에, 사람이 로봇 핸드 장치의 복수의 손가락 기구(예를 들어, 검지, 중지, 약지, 새끼 손가락)를 서로 밀착시키도록 강하게 쥐었다 하더라도, 각 손가락 기구가 요동하므로, 각 손가락 기구의 파손을 막을 수 있다.

또한, 상기 각 손가락 기구는 상기 베이스부에 고정된 베이스부측 탄성부재에 의해 걸림지지됨으로써 인접하는 손가락 기구로부터 이격되는 방향으로 탄성 바이어스되어 있는 것이 바람직하다.

이 구조에 의하면, 상기한 바와 같은 사람과 로봇 핸드 장치의 악수가 끝난 후에 각 손가락 기구를 자동적으로 원래의 위치로 되돌릴 수 있다.

본 발명에 의하면, 동력 전달 기구에 의해 하나의 동력원으로부터의 동력을 각 손가락 기구 작동부재에 대해 적절히 겹치지 않도록 조정하여 전달시킬 수 있으므로, 스페이스 효율을 향상시킬 수 있음과 동시에, 새끼 손가락으로부터 차례로 구부려나가는 사람과 같은 파지 동작을 수행할 수 있다.

본 발명에 의하면, 예를 들어 모든 손가락 기구 작동부재의 각각에 대해 서로 다른 타이밍으로 동력이 전달되도록 동력 전달 기구를 구성함으로써, 각 손가락 기구 작동부재가 각각 소정의 타이밍씩 어긋나 작동하기 시작한다. 그 때문에, 복수의 손가락 기구를 끝에서부터 차례로 구부려 나갈 수 있다. 즉, 새끼 손가락부터 차례로 구부려 나가는 사람과 같은 파지 동작을 할 수 있게 된다.

또한, 상기 각 손가락 기구는 상기 베이스부측 부분을 중심으로 하여 인접하는 손가락 기구에 대해 접근 및 이격되는 방향으로 요동가능하게 지지됨으로써, 로봇 핸드 장치와 사람이 악수하는 경우에, 사람이 로봇 핸드 장치의 복수의 손가락 기구(예를 들어, 검지, 중지, 약지, 새끼 손가락)를 서로 밀착시키도록 강하게 쥐었다 하더라도, 각 손가락 기구가 요동하므로, 각 손가락 기구의 파손을 막을 수 있다.

이어, 본 발명의 실시형태에 대해 적절히 도면을 참조하면서 상세히 설명한다. 본 실시형태에서는 사람의 손과 같이 구성되는 로봇 핸드 장치의 손가락 기구 중 4개의 손가락 기구에 대해 본 발명을 적용한 예를 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이 로봇 핸드 장치(1)는 베이스부(10)와, 4개의 손가락 기구(20)와, 엄지 손가락 구조체(OY)와, 모터(동력원)(30)로 주로 구성되어 있다.

여기서, 베이스부(10)는 사람의 손의 일부, 즉 손바닥이나 손등에 해당하는 것이다. 또한 4개의 손가락 기구(20) 각각은 베이스부(10)의 일단의 가장자리로부터 대략 동일한 방향으로 연장되게 설치되어 있으며, 모터(동력원)(30)에 의해 작동되도록 구성되어 있다. 그리고, 엄지손가락 구조체(OY)는 베이스부(10)의 이들 손가락 기구(20)와는 별도의 장소로부터 연장되게 설치되어 있다.

또한, 이 로봇 핸드 장치(1)에는 4개의 회동롤러(손가락 기구 작동부재)(50)와 동력 전달 기구(60)가 마련되어 있다.

여기서, 4개의 회동 롤러(손가락 기구 작동부재)(50) 각각은 각 손가락 기구(20)를 작동시키기 위해 링크 기구(전달수단)(40)를 통해 각 손가락 기구(20)에 연결되어 있고, 동력 전달 기구(60)는 모터(30)로부터의 동력을 각 회동 롤러(50)에 대해 서로 다른 타이밍으로 전달하도록 구성되어 있다.

여기서, 엄지손가락 구조체(OY)는 모터(도시하지 않음)에 의해 구동가능하게 되어 있다. 또한 본 실시형태에서는 엄지손가락 구조체(OY)가 모터(30)로부터의 동력이 전달되지 않도록(즉, 본 실시형태의 엄지손가락 구조체(OY)는 '손가락 기구'에는 해당하지 않음) 되어 있는데, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 엄지손가락 구조체(OY)도 다른 손가락 기구와 함께 하나의 동력원으로 구동시키도록 해도 좋다.

베이스부(10)는 사람의 손바닥 부분을 구성하기 위해 케이스 모양으로 형성되는 손바닥부(미도시)와, 사람의 손등 부분을 구성하기 위해 케이스 모양으로 형성되는 손등부(10a)로 구성되어 있다. 그리고, 상기 손바닥부와 손등부(10a)에 의해 형성되는 공간 내에 상기한 모터(30), 링크 기구(40), 회동 롤러(50) 및 동력 전달 기구(60) 등이 수용되도록 되어 있다.

손가락 기구(20)는 도 2의 (a)에 도시한 바와 같이, 3개의 지골부재(21, 22, 23)와, 관절부재(24, 25, 26)와, 링크 아암(27, 28)로 주로 구성되어 있다.

여기서, 관절부재(24)는 베이스부쪽(근원부쪽) 지골부재(21)와 베이스부(10)에 고정되는 프레임(F)(도 1 참조)을 회동 가능하게 연결하는 것이며, 관절부재(25)는 지골부재(21)와 지골부재(22)를, 관절부재(26)는 지골부재(22)와 지골부재(23)를 각각 회동 가능하게 연결하는 것이다.

링크 아암(27, 28)은 베이스부측의 지골부재(21)의 동작에 연동시켜 그 끝의 지골부재(22, 23)를 차례로 동작시키는 것이다.

이하의 설명에서는, 편의상 3개의 지골부재(21, 22, 23)을 베이스부쪽에서부터 차례로 베이스부재(21), 중간부재(22), 손끝부재(23)라고도 한다. 그리고, 3개의 관절부재(24, 25, 26)를 베이스부쪽에서부터 차례로 제3 관절부재(24), 제2 관절부재(25), 제1 관절부재(26)라고도 한다, 또한, 2개의 링크 아암(27, 28)을 베이스부쪽에서부터 차례로 제1 링크 아암(27), 제2 링크 아암(28)이라고도 한다.

또한 이하의 설명에서는 새끼 손가락에 해당하는 손가락 기구(20)만 설명하기로 하고, 그 밖의 검지, 중지, 약지에 해당하는 손가락 기구(20)에 대해서는 새끼 손가락의 기구와 다소 크기가 다를 뿐, 마찬가지의 구조로 되어 있으므로 그 설명은 생략하기로 한다.

베이스부재(21)는 직사각형의 양단을 반원 모양으로 형성한 것과 같은 형상으로 된 부재이다. 이 베이스부재(21)의 베이스부(21a)는 프레임(F)(도 1 참조)에 고정된 제3 관절부재(24)에 회동 가능하게 연결됨과 동시에, 선단부(21b)는 제2 관 절부재(25)를 통해 중간부재(22)에 회동 가능하게 연결되어 있다.

또한 베이스부재(21)의 제3 관절부재(24)의 근방(제2 관절부재(25)와 제3 관절부재(24) 사이)에서의 손바닥쪽(도면에서 상측)의 적소에는 링크 기구(40)가 핀(P1)을 통해 회동가능하게 연결되어 있다. 그리고, 베이스부재(21)의 양단부(21a, 21b)에는 후술하는 제1 링크 아암(27)에 회동 가능하게 연결되는 고정 핀(P2) 및 핀(P3)을 피하기 위한 도피 홈(21c, 21d)이 적절히 형성되어 있다.

또한 베이스부재(21)에는 그 선단부(21b)의 손등쪽(도면에서 하측)의 적소에 핀(P4)을 통해 제2 링크 아암(28)이 회동가능하게 연결되어 있다.

중간부재(22)는 그 외형이 베이스부재(21)와 거의 동일한 형상의 부재이다. 이 중간부재(22)의 베이스부(22a)는 제2 관절부재(25)를 통해 베이스부재(21)에 회동가능하게 연결됨과 동시에, 그 선단부(22b)는 제1 관절부재(26)를 통해 손끝부재(23)에 회동가능하게 연결되어 있다.

또한 중간부재(22)에는 그 제2 관절부재(25)의 근방(제1 관절부재(26)와 제2 관절부재(25) 사이)에서의 손바닥쪽의 적소에 핀(P3)을 통해 제1 링크 아암(27)이 회동가능하게 연결되어 있다.

손끝부재(23)는 그 외형이 베이스부재(21)와 거의 동일한 형상의 부재이다. 이 손끝부재(23)의 베이스부(23a)는 제1 관절부재(26)를 통해 중간부재(22)에 회동 가능하게 연결되어 있다.

또한 손끝부재(23)에는 그 제1 관절부재(26)의 근방(선단부와 제1 관절부재(26) 사이)에서의 손바닥쪽의 적소에 핀(P5)을 통해 제2 링크 아암(28)이 회동 가능하게 연결되어 있다.

제1 링크 아암(27)은 프레임(F)(도 1 참조)과 중간부재(22)에 회동 가능하게 연결되는 부재이다.

도 2의 (b)에 도시한 바와 같이, 링크 기구(40)에 의해 화살표 A1에 의해 표시되는 방향으로 베이스부재(21)가 당겨지면, 베이스부재(21)는 화살표 A2에 의해 표시되는 방향으로 회동한다. 그 결과, 제1 링크 아암(27)은 고정 핀(P2)을 중심으로 화살표 A3에 의해 표시되는 방향으로 회동하므로, 중간부재(22)는 핀(P3)을 통해 화살표 A4에 의해 표시되는 방향으로 당겨지게 된다.

제2 링크 아암(28)은 베이스부재(21)와 손끝부재(23)에 회동 가능하게 연결되는 부재이다. 상기한 바와 같이 제1 링크 아암(27)에서 중간부재(22)가 화살표 A4에 의해 표시되는 방향으로 당겨지면, 중간부재(22)가 화살표 A5에 의해 표시되는 방향으로 회동한다. 그 결과, 제2 링크 아암(28)은 핀(P4)을 중심으로 화살표 A6에 의해 표시되는 방향으로 회동하므로, 손끝부재(23)는 핀(p5)을 통해 화살표 A7에 의해 표시되는 방향으로 당겨지며, 손끝부재(23)가 회동하게 된다.

손가락 기구(20)를 구부린 상태에서 펼 때에는 상기한 화살표 A1~A8의 방향이 모두 반대가 되도록 손가락 기구(20)가 동작하게 되어 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 모터(30)는 감속기(31) 및 모터측 링크 기구(32)를 통해 동력 전달 기구(60)의 후술하는 회동축(61)에 연결되어 있다.

모터측 링크 기구(32)는 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이 제1 회동 아암(33)과, 제2 회동 아암(34)과, 링크 아암(35)으로 구성되어 있다.

제1 회동 아암(33)은 감속기(31)의 출력축(31a)에 고정되어 이 출력축(31a)과 함께 회동하는 것이며, 제2 회동 아암(34)은 회동축(61)에 고정되어 이 회동축(61)과 함께 회동하는 것이다. 그리고, 링크 아암(35)은 제1 회동 아암(33)의 연장돌출부(33a)와 제2 회동 아암(34)의 연장돌출부(34a)에 회동 가능하게 연결되어 있다.

그리고, 이 모터측 링크 기구(32)는 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이, 감속기(31)의 출력축(31a)이 회동되어 제1 회동 아암(33)이 화살표 B1으로 표시되는 방향으로 회동하면, 이 제1 회동 아암(33)의 연장돌출부(33a)에 의해 링크 아암(35) 및 제2 회동 아암(34)의 연장돌출부(34a)가 화살표 B2로 표시하는 방향과 화살표 B3로 표시하는 방향으로 각각 당겨진다. 그 결과, 이 제2 회동 아암(34)과 함께 회동축(61)이 화살표 B4로 표시하는 방향으로 회동하게 된다.

상기 설명에서의 화살표 B1~B4의 방향은 손가락 기구(20)를 구부릴 때의 방향이기 때문에, 손가락 기구(20)를 펼 때에는 화살표 B1~B4의 방향은 모두 반대가 된다.

도 1 및 도 4에 도시한 바와 같이, 동력 전달 기구(60)는 회동축(61)과 이 회동축(61)에 고정 핀(62)을 통해 고정되는 스프링부재(63)로 주로 구성되어 있다.

회동축(61)은 4개의 회동 롤러(50)를 각각 회동 가능하게 지지하는 것이며, 그 적소에는 각 회동 롤러(50)의 후술하는 노치(notch)부(일부)(51b)에 접근 및 이격 가능한 4개의 접촉핀(접촉부)(64)이 마련되어 있다.

스프링부재(63)는 회동축(61)의 둘레에 소정 간격을 두고 감기는 코일 모양 의 스프링이다. 이 스프링부재(63)는 그 일단부(63a)와 타단부(미도시)에 의해 회동 롤러(50)의 일부를 끼워 넣고, 또한 그 중앙부가 고정 핀(62)에 고정되어 있다. 이로써 스프링부재(63)는 회동 롤러(50)를 양쪽에서 탄성 바이어스시켜 회동축(61)에 대한 회동 롤러(50)의 상대적인 위치를 소정 위치에 유지하도록 작용하고 있다.

본 실시형태에서는 이 스프링부재(63)의 탄성 바이어스력은 소정의 강도로 설정되어 있다. 이로써, 상기한 손가락 기구(20)에 전혀 부하를 걸지 않고 회동축(61)을 회동시킨 경우에는, 스프링부재(63)가 변형하지 않고 회동축(61) 및 회동 롤러(50)가 일체로 회동한다. 또한, 손가락 기구(20)의 움직임을 소정의 부하로 억제하여 회동축(61)을 회동시킨 경우에는, 회동축(61)이 스프링부재(63)를 변형시키면서, 움직이지 않는 회동 롤러(50)에 대해 상대적으로 회동한다.

또한, 각 스프링부재(63)는 각 고정 핀(62)의 설치 위치(위상)가 회동축(61)의 원주방향으로 적절히 겹치지 않도록 되어 있다. 이로써, 손가락 기구(20)의 최대 쥠 상태 또는 최대 폄 상태일 때에 그 변형량이 각각 서로 다르게 설정되어 있다(도 5 참조).

이하에, 회동 롤러(50)와 스프링부재(63)와 회동축(61)의 관계를 모식적으로 나타내는 도 5를 참조하여 동력 전달 기구(60)의 작용에 대해 설명한다. 이 도면에서 스프링부재(63)는 편의상 2개의 스프링부재(63')로 표시하고 있다.

도 5에 도시한 바와 같이, 4개의 손가락 기구(20) 전부를 최대 폄 상태로 했을 때에는 새끼 손가락쪽의 스프링부재(63')의 변형량이 '0'이 되어 있다. 즉, 2개의 스프링부재(63')에 의한 탄성 바이어스력이 서로 상쇄된 상태로 되어 있다. 그 리고, 그 밖의 스프링부재(63')의 변형량은 약지, 중지, 검지 순으로 단계적으로 증가해 나가도록 설정되어 있다.

그리고, 이 상태에서 회동축(61)을 반시계 방향으로 회동해 나가면, 스프링부재(63')의 변형량이 '0'이 되어 있는 새끼 손가락쪽의 회동축(61)과 회동 롤러(50)가 일체적으로 회동한다. 그리고, 그 밖의 회동축(61)은, 움직이지 않는 회동 롤러(50)에 대해 상대적으로 회동하여, 스프링부재(63')의 변형을 원래의 상태로 되돌리도록 작용한다(도면의 제1 단계).

그리고, 회동축(61)의 회동에 의해, 도면의 제1 단계에서 나타낸 바와 같이, 약지쪽의 스프링부재(63')의 변형이 원래의 상태로 되돌아가면, 즉 변형량이 '0'이 되면, 이 약지쪽의 회동 롤러(50)도 회동축(61)과 함께 회동하게 된다(도면의 제2 단계).

그 후에는 중지, 검지의 순으로 각각의 회동 롤러(50)가 순차적으로 회동축(61)과 함께 회동해 나가게 된다.

즉, 스프링부재(63')의 변형량을 새끼 손가락에서 검지로 순차적으로 단계적으로 증가시키도록 설정함으로써, 각 회동 롤러(50)의 회동 개시 타이밍을 새끼 손가락부터 검지로 차례대로 수행할 수 있으므로, 손가락 기구(20)를 새끼 손가락부터 차례로 구부려 나갈 수 있게 되어 있다.

각 손가락 기구(20)가 새끼 손가락부터 검지를 향해 차례대로 구부려 나가면, 새끼 손가락의 손가락 기구에서 검지의 손가락 기구의 순서로, 최대 쥠 상태, 즉 더 이상 구부릴 수 없는 상태가 된다. 따라서, 새끼 손가락의 회전 롤러에서부 터 검지의 회전 롤러의 순서로 회동 롤러(50)의 회동이 규제되어 가게 된다.

그리고, 이와 같이 새끼 손가락부터 차례로 회동 롤러(50)의 회동이 규제되어 나가면, 그때까지 회동 롤러(50)와 일체적으로 회동하고 있던 회동축(61)이 새끼 손가락부터 차례로 회동 롤러(50)에 대해 상대적으로 회동해 나가게 된다.

이로써, 스프링부재(63')가 새끼 손가락부터 차례로 변형되어 나가게 되기 때문에, 4개의 손가락 기구(20) 모두가 최대 쥠 상태가 되었을 때에는 그 변형량은 최대 폄 상태의 반대 상태가 된다. 즉, 검지로부터 차례로 스프링부재(63')의 변형량이 단계적으로 증대해 나가는 상태가 된다.

그 때문에, 최대 쥠 상태에서 각 손가락 기구(20)를 펴나갈 때에는 검지쪽의 손가락 기구(20)로부터 차례로 펴지게 된다.

이어, 도 2의 (a)를 참조하여 다시 구성을 설명하고자 한다. 도 2의 (a)에 나타낸 바와 같이, 회동 롤러(50)는 회동축(61)에 회동 가능하게 걸어맞춤되는 회동 베이스부(51)와, 이 회동 베이스부(51)로부터 지름 방향의 바깥쪽으로 연장돌출되는 연장돌출부(52)를 갖고 있다.

회동 베이스부(51)에는 도 1에 도시한 바와 같이 그 일단면(51a)에 축방향의 한 쪽(일단면(51a)쪽)으로 개구됨과 동시에 지름 방향으로 관통하도록 형성되는 노치부(51b)가 형성되어 있다.

이 노치부(51b)는 상기한 바와 같이 회동축(61)에 고정된 접촉핀(64)과 적절히 접근 및 이격 가능하게 되어 있고, 이로써 회동 롤러(50)의 회동축(61)에 대한 상대적인 이동이 접촉핀(64)에 의해 규제되도록 되어 있다.

그 때문에, 예를 들어, 사람이 강제로 손가락 기구(20)를 구부리거나 펼려고 했을 때에는, 회동 롤러(50)는 노치부(51b)의 범위에서만 이동할 수 있고, 더 이상의 이동은 접촉핀(64)에 의해 저지되므로, 손가락 기구(20)의 위치를 양호하게 유지할 수 있다.

즉, 이와 같이 사람이 강제로 손가락 기구(20)를 구부리고나서 손가락 기구(20)를 쥔 손을 뗀 경우에는, 상기한 스프링부재(63)에 의해 손가락 기구(20)(회동 롤러(50))가 원래의 위치로 복귀하게 된다.

또한, 상기한 노치부(51b) 및 접촉핀(64)은 이하에 나타내는 작용도 있다.

예를 들어, 손가락 기구(20)에 다소 무거운 부재를 두고, 이것을 파지하게 하는 경우에, 모터(30)를 구동시켜 회동축(61)을 회동시키면, 스프링부재(63)에 의해 유지된 회동 롤러(50)가 회동축(61)과 함께 회동하려고 하지만, 손가락 기구(20)의 구부림 동작이 상기한 다소 무거운 부재에 의해 방해되므로, 회동 롤러(50)는 움직이지 않고 회동축(61)이 스프링부재(63)를 변형시키면서 회동한다.

즉, 회동 롤러(50)에 대해 회동축(61)이 상대적으로 회동하기 때문에, 회동축(61)의 회동을 진행함에 따라, 회동축(61)에 마련된 접촉핀(64)이 회동 롤러(50)의 노치부(51b)의 단부에 접근하게 된다.

그리고, 회동축(61)의 접촉핀(64)이 회동 롤러(50)의 노치부(51b)의 단부에 접촉하면, 이 접촉핀(64)에 의해 회동 롤러(50)가 강하게 밀려서 회동하게 되므로, 다소 무거운 부재라도 양호하게 파지할 수 있게 된다.

또한 회동 베이스부(51)에는 그 양단면(51a, 51c)에 축방향의 바깥쪽으로 튀 어나온 스프링 받침부(51d, 51e)가 형성되어 있다(도 4 참조).

이와 같이 회동 베이스부(51)의 양단면(51a, 51c)의 양쪽에 스프링 받침부(51d, 51e)를 마련함으로써, 도 4에 도시한 바와 같이 회동 롤러(50)에 대한 스프링부재(63)의 위치를 적절히 선택할 수 있다. 이 때문에, 설계자유도가 향상됨과 더불어, 회동 롤러(50)를 모두 동일한 형상으로 형성할 수 있으므로, 그만큼 비용절감을 도모할 수 있다.

링크 기구(40)는 도 2의 (a)에 도시한 바와 같이, 제1 아암부(41)와, V자 아암부(42)와, 제2 아암부(43)로 주로 구성되어 있다. 제1 아암부(41)는 회동 롤러(50)의 연장돌출부(52)의 선단부와 V자 아암부(42)의 일단부에 회동가능하게 연결되어 있다.

V자 아암부(42)는 그 양단부가 프레임(F)(도 1 참조)에 고정되는 고정핀(44)과 제1 아암부(41)에 회동 가능하게 연결됨과 더불어, 그 중앙부의 적소(V자의 굴곡부)에 제2 아암부(43)가 회동 가능하게 연결되어 있다.

그리고, 제2 아암부(43)는 V자 아암부(42)에 연결되지 않은 쪽의 단부가 상기한 손가락 기구(20)의 베이스부재(21)에 핀(P1)을 통해 회동 가능하게 연결되어 있다.

이와 같이 구성되는 링크 기구(40)에서는 도 2의 (b)에 도시한 바와 같이, 회동축(61)과 함께 회동 롤러(50)가 화살표 C1에 의해 표시되는 방향으로 회동되면, 제1 아암부(41)가 화살표 C2에 의해 표시되는 방향으로 당겨져, V자 아암부(42)가 고정핀(44)을 중심으로 화살표 C3에 의해 표시되는 방향으로 회동하게 된 다.

그리고, 이와 같이 V자 아암부(42)가 화살표 C3에 의해 표시되는 방향으로 회동함으로써 제2 아암부(43)가 화살표 C4에 의해 표시되는 방향으로 당겨져 손가락 기구(20)가 구부러지게 된다(화살표 A1~A8).

상기한 설명에서의 화살표 C1~C4의 방향은 손가락 기구(20)를 구부릴 때의 방향이기 때문에, 손가락 기구(20)를 펼 때에는 화살표 C1~C4의 방향은 모두 반대가 된다.

또한 이 링크 기구(40)는 도 6에 도시한 바와 같이 베이스부(10)(상세하게는 손등부(10a))에 마련되는 축부(11)를 중심으로 하여 횡방향으로(손등부(10a)의 평면내에서) 요동가능하게 되도록 구성되어 있고, 이로써 손가락 기구(20)도 횡방향(서로 붙었다 떨어졌다 하는 방향)으로 요동가능하게 되어 있다.

구체적으로는 도 1 및 도 4에 도시한 바와 같이, 링크 기구(40)의 V자 아암부(42)를 지지하는 고정핀(44)과, 손가락 기구(20)의 베이스부재(21)를 지지하는 제3 관절부재(24)가 고정되는 프레임(F)이 횡방향으로 요동가능해지도록 베이스부(10)에 피봇지지되어 있다.

또한, 이 프레임(F)에 고정되는 손가락 기구(20)는 도 6에 도시한 바와 같이 축부(11)에 설치된 위치 결정 스프링(베이스부측 탄성부재)(12)에 의해 서로 이격되는 방향으로 탄성 바이어스되도록 되어 있다.

이 위치 결정 스프링(12)은 그 일단이 손가락 기구(20)마다 형성되는 손등부(10a)의 오목부(10b)의 단차부(10c)에 걸림과 동시에, 그 타단이 프레임(F)에 고 정되도록 되어 있다.

또한 이와 같이 프레임(F)을 요동가능하게 함에 따라, 도 4에 도시한 바와 같이 링크 기구(40)의 제1 아암부(41)와 V자 아암부(42)의 접속부(J1)나, 제1 아암부(41)와 회동 롤러(50)의 접속부(J2)에는 소정의 유격(裕隔)이 마련되어 있다.

구체적으로는 접속부(J1)는 도 7에 도시한 바와 같이 제1 아암부(41)의 단부에 형성된 양 다리부(forked part)(41a)와 이 양 다리부(41a)에 고정되는 핀(45)과, 이 핀(45)이 삽입되는 관통공(42a)이 형성됨과 동시에, 분지부(41a) 사이에 소정의 간격을 두고 배치되는 V자 아암부(42)의 단부(42b)에 의해 구성되어 있다.

그리고, V자 아암부(42)의 단부(42b)에 형성되는 관통공(42a)이 그 중앙부에서 바깥쪽을 향함에 따라 서서히 지름이 확대되는 라운드형상으로 형성됨으로써, 제1 아암부(41)와 V자 아암부(42)의 횡방향에서의 상대적인 이동을 원만히 수행할 수 있게 되어 있다.

또한 접속부(J2)도 접속부(J1)와 마찬가지의 구조로 되어 있다. 여기서, 본 실시형태에서는 접속부(J1, J2)를 상기한 바와 같은 구조로 했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 접속부로서 볼 조인트를 이용할 수도 있다.

이와 같이 손가락 기구(20) 및 링크 기구(40)가 프레임(F)을 통해 베이스부(10)에 대해 요동가능하게 구성됨으로써, 로봇 핸드 장치(1)와 사람이 악수를 하는 경우에 사람이 로봇 핸드 장치의 4개의 손가락 기구(검지, 중지, 약지, 새끼손가락)(20)를 서로 밀착시키도록 강하게 쥐었다고 하더라도, 각 손가락 기구(20)가 요동하므로 각 손가락 기구(20)의 파손을 막을 수 있다.

또한, 사람과 로봇 핸드 장치(1)의 악수가 끝난 후에는 각 손가락 기구(20)가 위치 결정 스프링(12)에 의해 자동적으로 원래의 위치로 되돌아가도록 되어 있다.

이어, 손가락 기구(20)의 동작에 대해 설명한다. 이하의 설명에서는 도 1에 도시한 바와 같이 손가락 기구(20)를 최대로 편 상태에서 최대로 구부릴 때까지의 동작을 설명하고, 이 반대 동작인 최대로 구부린 상태에서 최대로 편 상태까지의 동작에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.

우선 도 1에 도시한 바와 같이, 모터(30)를 구동시키면, 모터(30)의 동력이 감속기(31) 및 모터측 링크 기구(32)를 통해 회동축(61)에 전달되어 이 회동축(61)이 반시계 방향으로 회동한다(상세한 것은 도 3의 화살표 B1~B4 참조).

이와 같이 회동축(61)이 회동을 시작하면, 도 5에 도시한 바와 같이, 스프링부재(63)(63')의 변형량이 '0'이 된 순서로, 즉 새끼 손가락쪽으로부터 회동 롤러(50)가 회동축(61)과 일체로 회동하게 된다.

그리고, 이와 같이 각 회동 롤러(50)가 새끼 손가락쪽에서 차례로 회동을 시작하면, 도 1에 도시한 바와 같이 각 링크 기구(40)에 의해 각 손가락 기구(20)가 새끼 손가락쪽에서부터 차례로 구부려지게 된다(상세한 것은 도 2의 (b)의 화살표 C1~C4, A1~A8 참조).

이상에 의하면, 본 실시형태에서 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

최대 폄 상태에서 손가락 기구(20)의 구부림을 시작하게 할 때에는 스프링 부재(63)의 변형량이 새끼 손가락쪽에서부터 차례로 '0'으로 되돌아감으로써 회동 롤러(50)가 새끼 손가락쪽에서부터 차례로 회동하므로, 손가락 기구(20)를 새끼 손가락부터 차례로 구부려나가는 사람과 같은 파지 동작을 수행할 수 있게 된다.

또한, 동력 전달 기구(60)가 다른 스페이스로 이동하지 않는 회동축(61) 및 이에 마련되는 스프링부재(63)로 주로 구성되므로, 스페이스 효율을 향상시킬 수 있다.

본원발명에 의한 구조에 의하면, 손가락 기구(20)를 링크 기구(40)에 의해 밀고당기는 구조로 되어 있으므로, 종래와 같은 손가락 기구의 일부에 와이어를 감고, 이 와이어의 당김 방향을 바꿈으로써 손가락 기구를 구부리거나 펴는 구조에 비하여, 손가락 기구(20)를 펼 때 적극적으로 링크 기구(40)로 손가락 기구(20)의 베이스부재(21)를 밀 수 있다. 따라서, 손가락 기구(20)의 폄 동작을 양호하게 수행할 수 있다.

손가락 기구(20)에 다소 무거운 부재를 두고, 이것을 파지시키는 경우에는, 회동축(61)의 접촉핀(64)에 의해 회동 롤러(50)가 강하게 밀려 회동함으로써 손가락 기구(20)의 구부림 동작을 양호하게 수행할 수 있으므로, 다소 무거운 부재라도 양호하게 파지할 수 있게 된다.

로봇 핸드 장치(1)와 사람이 악수하는 경우에, 사람이 로봇 핸드 장치(1)의 4개의 손가락 기구(검지, 중지, 약지, 새끼 손가락)를 서로 밀착시키도록 강하게 쥐었다고 하더라도, 각 손가락 기구(20)가 요동하므로, 각 손가락 기구(20)의 파손을 막을 수 있다. 또한 사람과 로봇 핸드 장치(1)의 악수가 끝난 후에는 위치 결정 스프링(12)에 의해 각 손가락 기구(20)를 자동적으로 원래의 위치로 되돌릴 수 있 다.

접촉핀(64)이 노치부(51b)의 양단에 접촉하는 범위 내에서 각 회동 롤러(50)와 회동축(61)이 서로 상대 회동가능해지므로, 예를 들어 복잡한 형상의 물품을 로봇 핸드 장치(1)에 파지시키는 경우에 4개의 손가락 기구(20) 중 어느 하나(예를 들어, 새끼 손가락)가 상기 물품에 끝에 닿아 그 움직임이 멈춰졌다 하더라도, 이와 같이 멈춰진 새끼 손가락(새끼 손가락쪽의 회동 롤러(50))에 대해 회동축(61)이 상기한 범위 내에서 회동할 수 있다.

이로써 그 밖의 손가락 기구(20)(검지, 중지, 약지)의 회동 롤러(50)가 회동축(61)과 함께 상기한 범위 내에서 회동하게 되므로, 각 손가락 기구(20)를 상기 물품에 모두 접촉시켜 적절한 파지를 수행할 수 있게 된다.

본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 다양한 형태로 실시된다.

상기 실시형태에서는 동력원으로서 출력축을 단순히 회동시키기만 하는 모터(30)를 채용했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 예를 들어, 출력축을 축방향으로 진퇴시키는 스텝핑 모터나 피스톤 등을 채용할 수도 있다.

상기 실시형태에서는 하나의 동력원으로부터의 동력을 4개의 손가락 기구(20)(새끼 손가락, 약지, 중지, 검지) 각각에 서로 다른 타이밍으로 전달하도록 구성했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 이들 중 적어도 2개의 손가락 기구(20)에 서로 다른 타이밍으로 동력이 전달되도록 되어 있으면 된다.

도 1은 본 실시형태에 따른 로봇 핸드 장치를 나타내는 사시도이다.

도 2의 (a)는 손가락 기구를 펴고 있을 때의 손가락 기구 및 링크 기구의 상태를 나타내는 측면도이고, 도 2의 (b)는 손가락 기구를 구부렸을 때의 손가락 기구 및 링크 기구의 상태를 나타내는 측면도이다.

도 3의 (a)는 손가락 기구를 펴고 있을 때의 모터측 링크 기구를 나타내는 측면도이고, 도 3의 (b)는 손가락 기구를 구부렸을 때의 모터측 링크 기구의 상태를 나타내는 측면도이다.

도 4는 동력전달 기구를 나타내는 평면도이다.

도 5는 회동 롤러와 스프링부재와 회동축과의 관계를 나타내는 설명도이다.

도 6은 손가락 기구를 횡방향으로 요동 가능하게 지지하는 구조를 나타내는 하면도이다.

도 7은 도 4의 X-X 단면도이다.

Claims (3)

1. 베이스부로부터 연장되게 설치되는 복수의 손가락 기구와,

   상기 각 손가락 기구를 작동시키는 하나의 동력원을 구비한 로봇 핸드 장치로,

   상기 각 손가락 기구를 작동시키기 위해 상기 각 손가락 기구에 연결되는 복수의 손가락 기구 작동부재와,

   적어도 2개의 상기 손가락 기구 작동부재에 대해 상기 동력원으로부터의 동력을 연속적으로 서로 다른 타이밍으로 전달하도록 구성되는 동력 전달 기구를 구비하여 이루어지며,

   상기 각 손가락 기구는 상기 베이스부쪽 부분을 중심으로 하여, 인접하는 손가락 기구에 대해 접근 및 이격되는 방향으로 요동가능하게 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇 핸드 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 동력원은 모터이고,

   상기 손가락 기구 작동부재는 상기 손가락 기구에 대해 전달 수단을 통해 연결되는 회동 롤러이며,

   상기 동력 전달 기구는, 상기 각 회동 롤러를 회동가능하게 지지함과 동시에, 상기 모터에 의해 회동하는 회동축과, 상기 각 회동 롤러를 상기 회동축에 대한 소정 위치에 유지하기 위해 상기 회동축에 고정되는 탄성부재를 가지며, 상기 탄성부재에 의해 상기 각 회동 롤러를 소정 위치에 유지하고 있을 때에는 상기 각 회동 롤러와 상기 회동축이 일체로 회동하도록 구성되며,

   상기 회동축에는 상기 각 회동 롤러의 일부에 접근 및 이격 가능하게 걸어맞춤되는 복수의 접촉부가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇 핸드 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 각 손가락 기구는, 상기 베이스부에 고정된 베이스부쪽 탄성부재에 의 해 걸림지지됨으로써, 인접하는 손가락 기구로부터 이격되는 방향으로 탄성 바이어스되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇 핸드 장치.

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