KR100873354B1 - 구동 관절 전환식 핑거형 로봇핸드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 핑거형 로봇핸드에 관한 것이며, 그 목적은 핑거를 구동하는 구동기 및 구동수단을 간소화시키는 동시 실제 핑거동작과 같이 부드러운 동작을 구현할 수 있는 관절 전환식 핑거형 로봇핸드를 제공함에 있다.

본 발명은 동력원으로부터 회전 구동하는 구동축이 설치된 기준관절과; 한쪽 단이 상기 구동축과 제1축 결합되어, 기준관절로부터 각운동하는 제1관절과; 한쪽 단이 상기 제1관절의 다른쪽 단과 제2축 결합되고, 상기 구동축과 동력전달부재로 연결되어 제1관절과 연동하여 각운동하는 제2관절; 및 상기 각운동하는 제1관절이 소정 외력에 의해 정지할 시, 연속 회전하는 구동축의 회전력을 동력전달부재를 통해 제2관절의 제2축으로 전달하는 다단구동수단을 포함한 관절 전환식 핑거형 로봇핸드에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

다관절, 로봇핸드, 다단구동수단, 핑거(finger)

Description

구동 관절 전환식 핑거형 로봇핸드{A FINGER-TYPED ROBOT HAND SWITCHING A DRIVING AXLE}

도 1은 본 발명에 따른 로봇 핑거핸드의 구성을 보이는 사시도

도 2는 본 발명에 따른 로봇 핑거핸드의 구성을 보이는 측면 분리도

도 3은 본 발명에 따른 로봇 핑거핸드의 구동상태를 보이는 작동도

도 4는 본 발명에 따른 로봇 핑거핸드의 구동상태를 보이는 예시도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(1) : 구동기 (10) : 기준관절

(20) : 제1관절 (30) : 제2관절

(40) : 다단구동수단 (41) : 구동풀리

(42)(42') : 핀 (43)(43') : 장가이드홈

(44) : 토션스프링 (45) : 동력전달부재(밸트)

(46) : 피동풀리 (A) : 제1축

(B) : 제2축 (P) : 파지물

본 발명은 핑거형 로봇핸드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 로봇핸드에 구비되는 각 핑거를 구동하는 구동기 및 구동수단을 간소화시키는 동시 실제 핑거동작에 준하는 구동특성을 구현할 수 있는 관절 전환식 핑거형 로봇핸드에 관한 것이다.

일반적으로 핑거형 로봇핸드는, 해당 핑거를 이루는 각각의 관절을 구동하기 위한 구동원 및 구동수단에 의한 복잡한 기계적 장치를 필요하게 되며, 이는 실제 인간의 손동작과 같은 부드러운 운동 특성을 구현하기 위해서는 더욱이 많은 기계적 장치를 필요로 하게 된다.

더욱이 이러한 핑거 운동과 연관된 기계적 장치들은 협소공간인 로봇의 핸드부에 장착 되어야 하는 바, 이는 전체적인 로봇의 핸드제작 시 그 미관에도 상당한 영향을 미치게 된다.

한편, 종래 다관절 핑거 운동을 하나의 구동기로 구현하는 형태가 제시되고 있으나, 이는 대개 앞선 관절과 뒤이은 관절의 기어비 등의 속도비를 이용한 관절간의 종속적인 구동패턴을 보이고 있는 것이 대부분이며, 결국 이러한 상호 종속적인 구동특성을 보이는 핑거 동작은 다양한 파지 형태는 관절마다 파지물에 대한 고른 파지력이 발생되지 못했으며, 이는 특히 실제 손가락 동작과 같이 보다 유연한 구동특성을 구현하기에는 한계가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 핑거형 로봇핸드의 구동수단을 간소화시키며, 파지물에 대한 핑거의 고른 파지력을 구현할 수 있는 것과 더불어 관절의 다단구동수단을 통한, 실제적인 핑거동작에 상응하는 구동특성을 구현할 수 있는 관절 전환식 핑거형 로봇핸드를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 본 발명은 동력원으로부터 회전 구동하는 구동축이 설치된 기준관절;

한쪽 단이 상기 구동축과 제1축 결합되어, 기준관절로부터 각운동하는 제1관절;

한쪽 단이 상기 제1관절의 다른쪽 단과 제2축 결합되고, 상기 구동축과 동력전달부재로 연결되어 제1관절과 연동하여 각운동하는 제2관절; 및

상기 각운동하는 제1관절이 소정 외력에 의해 정지할 시, 연속 회전하는 구동축의 회전력을 동력전달부재를 통해 제2관절의 제2축으로 전달하는 다단구동수단을 포함함을 특징으로 한다.

이때 상기 다단구동수단은,

상기 구동축에 설치된 구동풀리와, 상기 구동풀리 상에서 축방향에 대해 편심 돌출된 핀과, 상기 핀이 삽입되게 제1관절 상에 형성되되, 제1관절의 각운동범 위보다 크게 연장 형성된 장가이드홈과, 제1축 상에 끼워져, 한쪽 단은 상기 핀에 지지되고, 다른쪽 단은 상기 제1관절 상에 지지된 토션스프링과, 상기 제2관절의 한쪽 단에 고정되어, 상기 구동풀리와 동력전달부재로 연결된 피동풀리로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 로봇핸드 핑거의 구성을 보이는 사시도를, 도 2는 로봇핸드 핑거의 구성을 보이는 측면 분리도를 도시한 것으로, 본 발명에 따른 핑거형 로봇핸드는, 해당 핑거(20)(30)의 다관절 운동을 하나의 동력원(1:구동기)를 이용하여 구현하도록 하는 것이며, 아울러 파지물을 파지하는 핑거(20)(30)의 순차적인 관절운동을 통해 자유로운 핑거의 움직임을 구현하도록 하는 것이다.

즉, 본 발명에 따른 핑거형 로봇핸드는, 동력원(1:구동기)으로부터 회전 구동하는 구동축(1a)이 설치된 기준관절(10)과; 한쪽 단이 상기 구동축(1a)과 제1축(A)결합되어, 기준관절(10)로부터 각운동하는 제1관절(20)과; 한쪽 단이 상기 제1관절(20)의 다른쪽 단과 제2축(B)결합되고, 상기 구동축(1a)과 동력전달부재(45)로 연결되어 제1관절(20)과 연동하여 각운동하는 제2관절(30)과; 상기 각운동하는 제1관절(20)이 소정 외력에 의해 정지할 시, 연속 회전하는 구동축(1a)의 회전력을 동력전달부재(45)를 통해 제2관절(30)의 제2축(B)으로 전달하는 다단구동수단(40)으로 구성된다.

상기 동력원(1)인 구동기를 기준관절(10)상에 설치시키고, 이 동력원(1)을 통해 회전하는 제1축(A)을 통해 기준관절(10)과 제1관절(20)이 결합되며, 제2축(B)을 통해 제1관절(20)과 제2관절(30)이 결합된다.

계속해서 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예로 제시된 상기 다단구동수단(40)은, 구동축(1a)상에 설치된 구동풀리(41)와, 이 구동풀리(41)상에서 축방향으로 편심되어 돌출된 하나 이상의 핀(42)(42')들이 구성되며,

상기 구동축(1a)을 통해 기준관절(10)과 제1축(A)결합되는 제1관절(20)에는, 상기 하나 이상의 핀(42)(42')이 대응하여 삽입되는 장가이드홈(43)(43')이 형성된다. 이때 장가이드홈(43)(43')은 기준관절(10)로부터 각운동하는 제1관절(20)의 각운동 범위보다 크게 형성시키도록 한다.

또한, 상기 구동축(1a)을 통해 회전하는 제1축(A)상에 끼워진 채, 그 한쪽 단은 상기 선택된 핀(42)에 지지되고, 다른쪽 단은 제1관절(20)상에 고정된 스토퍼(20a)에 지지되는 토션스프링(44)을 설치 구성한다. 이때 이 토션스프링(44)의 양쪽 단으로부터 가해지는 외력에 의해 탄성 변화를 발생시키는 힘은 제1관절(20) 및 제2관절(30)의 자체하중보다 큰 힘이 필요하도록 이에 상응한 토션스프링(44)의 탄성계수를 선택하도록 한다.

또한, 상기 제1관절(20)과 제2축(B)으로 결합되는 제2관절(30)에는, 상기 구동풀리(41)와 밸트 등의 동력전달부재(45)로 연결되어 연동 회전하는 피동풀리(46)가 제2축(B)상에 고정 설치된다.

도 3 및 도 4는 상기와 같은 구조를 이루는 핑거형 로봇핸드의 작동 상태도를 순차적으로 도시한 것으로, 도 1 및 도 2와 연계하여 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

도 3(a)도면을 참조하면, 초기 기준관절(10)에 설치된 구동기(1: 동력원)의 작동을 통해 회전 구동하는 제1축(A)과 연동하는 구동풀리(41) 및 핀(42)(42')의 회전과 연동하여 상기 핀(42)에 지지된 토션스프링(44) 및 이 토션스프링(44)과 스토퍼(20)지지된 제1관절(20)이 제2축(A)을 중심으로 기준관절(10)로부터 상대 회전운동하게 된다.

아울러, 구동풀리(41)와 동력전달부재(45)로 연결된 피동풀리(46)가 연동되어 제2관절(30)이 연동되며, 이때 제1관절(20)에 대한 제2관절(30)의 상대회전은 정지상태를 취하게 된다.

이때 토션스프링(44)은 탄성변위가 전혀 이루어지지 않은 채, 초기 위치를 그대로 유지하며 제1관절(20)과 연동 회전된다.

계속해서 도 3(b)(c)(d)도면을 참조하면, 상기와 같이 제1축(A)을 중심으로 각운동 중인 핑거(20)(30)가 일정 위치에서 파지물(P)로부터 제1관절(20)에 외력이 가해지는 경우, 지속적으로 회전구동 중인 구동축(1a)에 의해 핀(42)의 연동 회전으로 토션스프링(44)이 압축 변화하기 시작한다.

즉, 파지물(P)에 의해 위치 고정된 제1관절(20)상에 지지된 토션스프링(44)의 다른쪽 단이 핀(42)의 계속적인 회전 운동을 가능하게 하고, 이러한 핀(42)(42') 및 구동풀리(41)가 토션스프링(44)이 허용하는 변화량만큼 더 회전되 는 구동량은 그대로 동력전달부재(45)를 통해 피동풀리(46)로 전달된다.

이를 통해 제1관절(20)에 대한 제2관절(30)의 상대회전이 구현된다.

이후, 파지물(P)에 대해 제1관절(20)과 제2관절(30)이 모두 접촉되는 순간, 구동기(1)의 회전력은 제1관절(20)과 제2관절(30)에 분산되어 핑거(20)(30)의 파지형태에 따른 파지물(P)의 고른 파지력을 행사하게 되는 것이다.

한편, 파지물(P)이 존재하지 않은 상태에서 상기와 같이 핑거(20)(30)의 연속적인 회전운동 중, 연동하는 핀(42)이 제1관절(20)에 형성된 장가이드홈(43)의 끝단에 걸림지지된 상태에서도 제1관절(20)과 제2관절(30)에 고른 힘의 분산이 이루어지게 될 것이다.

이상과 같이, 본 발명의 다단구동수단(40)은 다수개의 관절들에 대해 고른 힘의 분산을 구현할 수 있는 것과 동시 보다 실제적으로 사람의 손가락과 같은 핑거구동을 구현할 수 있는 것이다.

더불어, 상기 본 발명의 실시예로 제시한 제1,2관절(20)(30)로 이루어진 핑거를 본 발명의 실시예로 제시하고 있으나, 이는 본 발명에 따른 다단구동수단(40)을 이웃하는 관절과 관절에 부가하여 설치 구성함으로서 2이상의 관절들로 이루어진 다관절 핑거의 구동에 한하여도 동일한 작용을 구현할 수 있음은 물론이다.

바람직하게, 본 발명에 따른 다단구동수단(40)으로 구비된 토션스프링(44)은, 제1관절(20)로부터 제2관절(30)로 구동 전환되는 전환점 역할을 수행하는 것으 로, 이는 예컨대 로봇핸드에 파지되는 파지물(P)이 어린아이의 손과 같이 민감한 파지물일 경우에는, 토션스프링(44)의 탄성변화율이 큰 것을 적용하여, 제1관절(20)이 해당 파지물(P)에 접촉된 후 약한 회전력에 의해서도 그 회전력이 제2관절(30)로 전환될 수 있도록 하며; 또한 예컨대 파지물(P)이 딱딱하고 무거운 비교적 민감하지 않은 파지물일 경우에는, 토션스프링(44)의 탄성변화율이 작은 것을 적용시켜, 제1관절(20)이 해당 파지물(P)에 접촉된 후 보다 큰 회전력에 가해져야만 그 회전력이 제2관절(30)로 전환될 수 있도록 한다.

물론 이와 함께 핑거(20)(30)의 파지력은, 구동기의 사양, 핑거(20)(30)의 형상 및 그 관절 개수에 따라 달리 되는 것은 물론이다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명은 해당 핑거를 구동하는 하나의 구동기를 통해 다관절운동을 가능하게 하여, 핑거형 로봇핸드의 구동수단을 간소화 할 수 있어, 제작비 및 로봇핸드의 형상제작에 다양성을 제시할 수 있는 장점이 있다.

또한, 파지물에 대한 핑거의 고른 파지구동형태와 관절간의 고른 파지력을 구현할 수 있는 것과 더불어 관절의 다단 구동을 통한 실제 인간적인 핑거구동 특성을 구현할 수 있는 등 고품질의 핑거형 로봇핸드를 제시할 수 있는 것이다.

Claims (2)

1. 삭제
2. 동력원으로부터 회전 구동하는 구동축이 설치된 기준관절; 한쪽 단이 상기 구동축과 제1축 결합되어, 기준관절로부터 각운동하는 제1관절; 한쪽 단이 상기 제1관절의 다른쪽 단과 제2축 결합되고, 상기 구동축과 동력전달부재로 연결되어 제1관절과 연동하여 각운동하는 제2관절; 및 상기 각운동하는 제1관절이 소정 외력에 의해 정지할 시, 연속 회전하는 구동축의 회전력을 동력전달부재를 통해 제2관절의 제2축으로 전달하는 다단구동수단을 포함하는 관절 전환식 핑거형 로봇핸드에 있어서,

   상기 다단구동수단은, 상기 구동축에 설치된 구동풀리와,

   상기 구동풀리 상에서 축방향에 대해 편심 돌출된 핀과,

   상기 핀이 삽입되게 제1관절 상에 형성되되, 제1관절의 각운동범위보다 크게 연장 형성된 장가이드홈과,

   제1축 상에 끼워져, 한쪽 단은 상기 핀에 지지되고, 다른쪽 단은 상기 제1관절 상에 지지된 토션스프링과,

   상기 제2관절의 한쪽 단에 고정되어, 상기 구동풀리와 동력전달부재로 연결된 피동풀리로 이루어진 것을 특징으로 하는 관절 전환식 핑거형 로봇핸드.

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