KR100926820B1 - 로봇 핸드의 엄지 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로봇 핸드의 엄지 구조에 관한 것으로, 다수개의 손가락부와 함께 손바닥을 형성하는 엄지부; 및 상기 엄지부의 상기 손바닥을 향한 면이 상기 손바닥을 향하도록 유지시키며, 상기 엄지부를 상기 손바닥 측으로 회동시키는 엄지 링크부;를 구비함으로써, 비교적 간단한 구조와 적은 동력 출력으로 엄지부의 동작을 구현하여, 인간의 엄지 손가락과 같이 섬세하고 세밀한 동작이 가능한 효과가 있다.

Description

로봇 핸드의 엄지 구조{Thumb structure of robot hand}

본 발명은 로봇 핸드의 엄지 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인간형 로봇의 핸드에 구비되는 엄지 구조에 관한 것이다.

일반적으로, 인간형 로봇(이하 '로봇(robot)"이라 함)은 인간의 신체 구조를 기본으로 하는 것으로, 최근에는 인간의 형상에 대하여 유사한 형태로 근접하여 제조되고 있는 실정이다.

이러한 로봇을 구성하는 각 구성부 중에 가장 어려운 부분 중에 하나는 인간의 손에 해당하는 부분으로 이는 인간의 손이 가장 섬세한 운동과 제어가 가능하지만 이를 기계적으로 구현하는 데에는 구조적으로 많은 어려움이 있다.

통상적으로, 사람의 손과 동일한 구조를 갖는 핸드 장치는, 본체의 선단부로부터 복수의 손가락부(예를 들어 엄지부, 검지부, 중지부, 약지부, 소지부)가 뻗어 설치되고, 각 손가락부는 복수의 마디와, 각 마디 사이에 마련되는 링크 부재에 의해 순차적으로 연결되는 구조를 갖고 있다.

그 중 인간의 엄지 손가락에 해당되는 엄지부는 엄지부를 제외한 나머지 손가락부의 마디와 다르게 소정 물품을 파지할 수 있도록 손바닥 측으로 회동되는 구 조가 추가적으로 구현된다. 이러한, 엄지부에 대한 선행기술로는 "대한민국 공개특허 10-2006-0093121;로봇 핸드 장치" 에 개시되어 있다.

상기 공개특허에 의하면, 엄지부에 해당되는 손가락 링크 부재는 손바닥을 위로 향한 상태에서 손가락 링크부재가 안쪽으로 구부러져 손바닥에 접근한 자세에서, 손가락 링크부재가 손바닥에서 멀어지는 위쪽으로 회전한 자세를 거쳐, 손가락 링크부재가 다시 바깥쪽으로 회전한 자세에 이르도록 구성된다.

이는 손가락 링크부재를 항상 일정한 동작 궤적으로 원할하게 동작되도록 구현되는 것이다.

상기 공개특허에 의한 엄지부에 해당되는 손가락 링크부재는 항상 일정한 동작 궤적으로 동작되므로, 손가락 링크부재의 동작 궤적 내에 파지하고자 하는 물품이 위치하지 않을 경우에는 로봇 핸드 전체를 회전시켜야 하므로, 그 동작에 따른 동력 출력이 증가되며, 인간의 엄지 손가락과 같이 섬세한 동작을 구현하는 데 한계가 있는 문제점이 있다.

본 발명의 실시예에 따른 로봇 핸드의 엄지 구조는 다수개의 손가락부와 함께 손바닥을 형성하는 엄지부; 및 상기 엄지부의 상기 손바닥을 향한 면이 상기 손바닥을 향하도록 유지시키며, 상기 엄지부를 상기 손바닥 측으로 회동시키는 엄지 링크부;를 구비할 수 있다.

상기 엄지 링크부는 상기 손가락부가 결합되는 베이스에 결합되는 엄지 지지부;상기 엄지부가 결합되는 엄지 결합부;및 상기 엄지 지지부와 상기 엄지 결합부를 연결하는 주동링크절 및 종동링크절;을 구비할 수 있다.

상기 주동링크절 및 상기 종동링크절은 각각 일측이 상기 엄지 지지부에 힌지 결합되고, 타측이 상기 엄지 결합부에 힌지 결합되며, 상기 종동링크절은 상기 엄지부가 상기 손바닥 측으로 회동될 때, 상기 주동링크절에 교차 회동되도록 상기 엄지 지지부와 상기 엄지 결합부에 힌지 결합될 수 있다.

상기 주동링크절은 상기 엄지부를 회동시키기 위한 회전력을 제공하는 동력장치에 결합될 수 있다.

상기 엄지부는 상기 손바닥 측으로 회동되는 마디를 구비하며,상기 마디의 회동방향은 상기 엄지 링크부에 의해 회동되는 상기 엄지부의 위치에 따라 변동될 수 있다.

본 발명에 따른 로봇 핸드의 엄지 구조는 비교적 간단한 구조와 적은 동력 출력으로 엄지부의 동작을 구현하여, 인간의 엄지 손가락과 같이 섬세하고 세밀한 동작이 가능한 효과가 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 로봇 핸드의 엄지 구조에 대해 첨부된 도면을 참조하여, 상세히 설명하도록 한다. 여기서, 도시되지 않았지만, 로봇은 하나의 몸체와, 몸체의 좌/우측에 대칭으로 결합되는 팔을 구비 할 수 있으며, 핸드는 각 팔의 선단에 결합될 수 있다. 이하에서는 로봇의 우측 팔에 결합되는 핸드를 예를 들어 설명하도록 하며, 좌측 팔에 결합되는 핸드는 이하에서 설명되는 핸드에 대칭되는 것으로 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 핸드를 나타낸 사시도이다. 도 1 을 참조하면, 로봇 핸드(1)는 다수개의 손가락부(100,200,300,400,500)를 구비한다. 각 손가락부(100,200,300,400,500)는 베이스(10)에 결합되어 연장되는 복수개의 마디(30)를 구비하며, 각 마디(30)의 사이에는 관절부(20)가 마련된다.

다수개의 손가락부(100,200,300,400,500)는 엄지부(100), 검지부(200), 중지부(300), 약지부(400), 소지부(500)로 구분될 수 있다. 엄지부(100)를 제외한 나머지 손가락부(200,300,400,500) 즉, 검지부(200), 중지부(300), 약지부(400), 소지부(500)(이하 '나머지 손가락부' 라 함)는 일측이 베이스(10)에 결합되어 각 손가락부(100,200,300,400,500)가 베이스(10)에 대해 수평방향(y축방향) 또는 수직방향(z축방향)으로 회동되도록 결합되며, 타측으로 연장되는 각 마디(30)가 관절부(20)에 의해 베이스(10)에 대해 수직방향(z축방향)으로 회동되도록 구비될 수 있다.

이와 같은 손가락부(100,200,300,400,500)는 손가락부(100,200,300,400,500)의 마디(30)가 회동되는 측의 손바닥(1a)과, 손바닥(1a)에 대향되는 측의 손등(1b)을 형성한다.

한편, 엄지부(100)는 베이스(10)에 결합되는 엄지 링크부(110)에 의해 손바닥(1a)의 하부로 회동되도록 결합된다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 핸드의 엄지 구조를 나타낸 배면 사시도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 핸드의 엄지 구조를 나타낸 정면도이다. 도 2 내지 도 3을 참조하면, 로봇 핸드(1)는 엄지부(100)를 손바닥(1a) 측으로 회동시키는 엄지 링크부(110)를 구비한다.

엄지 링크부(110)는 베이스(10)에 결합되는 엄지 지지부(111)와, 엄지부(100)가 결합되는 엄지 결합부(113)와, 엄지 지지부(111)와 엄지 결합부(113)를 연결시키는 주동링크절(115) 및 종동링크절(117)을 구비한다.

주동링크절(115)은 일측이 엄지 지지부(111)에 결합되고, 타측이 엄지 결합부(113)에 결합된다. 종동링크절(117)은 엄지부(100)가 손바닥(1a) 측으로 회동 될 때, 주동링크절(115)과 교차하도록 일측이 엄지 지지부(111)에 결합되고, 타측이 엄지 결합부(113)에 결합된다. 주동링크절(115) 및 종동링크절(117)은 축과 베어링으로 이루어지는 회전이 자유로운 결합인 회전대우(回轉對偶)로 엄지 지지부(111)와 엄지 결합부(113)에 각각 결합된다.

이때, 엄지부(100)가 나머지 손가락부(200,300,400,500)와 수평을 이루고 있는 평상시(이하, '평상시'라 함.) 주동링크절(115)과 종동링크절(117)은 수평을 유지하여, 엄지부(100)의 손바닥(1a)을 향한 면이 손바닥(1a)의 하부를 향한다.

반면, 주동링크절(115)에 회전력을 제공하여 엄지부(100)가 회동 될 때, 주동링크절(115)과 종동링크절(117)은 서로 교차 회동되어, 엄지부(100)의 손바닥(1a)을 향한 면이 손바닥(1a)을 향하도록 엄지 지지부(111)와 엄지 결합부(113)에 각각 결합된다.

이와 같이, 엄지 링크부(110)는 주동링크절(115)에 회전력을 제공함으로써, 주동링크절(115)의 회동에 따라 종동링크절(117)이 주동링크절(115)에 교차 회동되도록 하여, 엄지 결합부(113)가 엄지 지지부(111)를 중심으로 회동되도록 구비된다.

한편, 엄지 결합부(113)에는 주동링크절(115)을 회동시키기 위해 주동링크절(115)의 타측에 축결합되어 회전력을 제공하는 동력장치(120a)가 결합될 수 있다. 동력장치(120a)는 회전력을 발생시키는 BLDC(Brushless DC)모터 등으로 마련될 수 있으며, 회전비를 조절하는 감속기어(미도시)와, 회전량을 감지하기 위한 엔코더(미도시) 등이 더 마련될 수 있다.

여기서, 후술 될, 엄지부(100)의 제1 관절부(105)와 제2 관절부(107)가 제1 마디(101)와 제2 마디(103)를 각각 회동시킬 수 있도록 엄지 결합부(113)와, 제1 마디(101)에는 주동링크절(115)에 축결합되는 동력장치(120a)와 같은 동력장치(120b, 120c, 120d)가 각각 설치될 수 있다.

이와 같이 주동링크절(115)의 타측은 엄지 결합부(113)와 힌지 결합되고, 동력장치(120a)가 축결합된다. 따라서, 주동링크절(115)은 종동링크절(117)을 사이에 두고, 서로 평행하며, 종동링크절(117)에 이격되도록 한 쌍으로 구비될 수 있다. 즉, 종동링크절(117)의 엄지부(100)를 향한 측에 이격되어 구비되는 주동링크절(115)은 타측에 엄지 결합부(113)가 힌지 결합되고, 종동링크절(117)의 동력장치(120a)를 향한 측에 이격되어 구비되는 주동링크절(115)은 타측에 동력장치(120a)가 축결합된다.

한편, 엄지부(100)는 베이스(10)로부터 순차적으로 연장되는 제1 마디(101)와, 제2 마디(103)를 구비한다. 또한, 엄지부(100)에는 베이스(10)와 제1 마디(101)의 사이에 구비되고, 평상시 제1 마디(101)를 베이스(10)에 대해 수평방향(y축방향) 또는 수직방향(z축방향)으로 회동되도록 하는 제1 관절부(105)와, 제1 마디(101)와 제2 마디(103)의 사이에 구비되고, 제1 마디(101)에 대해 제2 마디(103)를 손바닥(1a) 측으로 회동시키는 제2 관절부(107)를 구비한다.

여기서, 엄지부(100)가 엄지 링크부(110)에 의해 손바닥(1a) 측으로 회동되어 엄지부(100)의 위치가 변동됨에 따라, 평상시 제1 관절부(105)에 의해 베이스(10)에 대해 수평방향(y축방향) 또는 수직방향(z축방향)으로 회동되는 제1 마디(101)의 회동방향과, 제2 관절부(107)에 의해 손바닥(1a) 측으로 회동되는 제2 마디(103)의 회동방향은 엄지부(100)의 위치에 따라 상대적으로 변동 될 수 있다. 이러한 제1 마디(101)와 제2 마디(103)의 회동방향의 변동에 대해서는 구체적인 예를 들어 후술하도록 한다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 로봇 핸드의 엄지 구조의 작동에 대해 첨부된 도면을 참조하여 설명하도록 한다.

도 4, 5, 6은 본 발명에 따른 로봇 핸드의 엄지부의 동작을 설명하기 위한 작동도이다. 여기서, 도 4 내지 도 6에 도시된 도면은 엄지부(100)가 평상시의 상태에서 제1 관절부(105)와, 제2 관절부(107)에 의한 엄지부(100)의 작동상태를 도시한 것으로, 이는 제1 마디(101)의 회동과, 제2 마디(103)의 회동에 대한 설명의 편의를 위해 대표적인 예를 들어 도시한 것일뿐, 상술한 바와 같이, 제1 마디(101)와 제2 마디(103)의 회동방향은 엄지부(100)의 위치에 따라 변동될 수 있을 것이다.

도 4 내지 도 7을 참조하면, 엄지부(100)는 제1 관절부(105)에 의해 나머지 손가락부(200,300,400,500)와 같이 제1 마디(101)가 베이스(10)에 대해 수평방향(y축방향)(도 4 참조.) 또는 수직방향(z축방향)(도 5 참조.)으로 회동됨으로써, 베이스(10)에 대해 수평방향(y축방향) 또는 수직방향(z축방향)으로 회동될 수 있다. 또한, 엄지부(100)는 제2 관절부(107)에 의해 제2 마디(103)가 제1 마디(101)로부터 회동되어, 나머지 손가락부(200,300,400,500)와 같이 제2 마디(103)가 손바닥(1a) 측으로 구부려질 수 있다.(도 6 참조.).

한편, 엄지 링크부(110)는 엄지부(100)를 손바닥(1a) 측으로 회동시킴으로써, 제1 마디(101)와 제2 마디(103)의 회동방향을 더욱 다양화 시킬 수 있다.

도 7a, 7b, 7c, 7d는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 핸드의 엄지 링크부의 동작을 설명하기 위한 작동도이다. 먼저, 도 7a를 참조하면, 엄지부(100)는 나머지 손가락부(200,300,400,500)와 수평을 이루며, 엄지부(100)의 손바닥(1a)을 향하는 면이 손바닥의 하부를 향하는 평상시의 위치에 머무른다. 이때, 주동링크절(115)과 종동링크절(117)은 서로 수평상태를 유지한다.

주동링크절(115)은 엄지부(100)를 회동시키기 위해, 타측에 축결합 된 동력장치(120a)로부터 회전력을 제공받는다. 주동링크절(115)의 일측은 엄지 지지부(111)에 힌지 결합되어 있으므로, 주동링크절(115)의 일측은 축선(軸線)의 둘레 에서 베어링이 회전운동만을 하는 회전대우에 의해 공회전되며, 동력장치(120a)와 축결합된 주동링크절(115)의 타측은 엄지 결합부(113)와 함께 손바닥(1a) 측으로 회동된다.

주동링크절(115)이 회동됨에 따라 엄지 지지부(111)와, 엄지 결합부(113)에 각각 힌지 결합되는 종동링크절(117)은 엄지 지지부(111)에 힌지 결합된 일측이 주동링크절(115)의 일측과 마찬가지로 공회전되며, 타측이 엄지 결합부(113)와 함께 손바닥(1a) 측으로 회동된다.

이때, 종동링크절(117)은 주동링크절(115)에 대해 교차되도록 회동되므로, 엄지 결합부(113)에 결합된 엄지부(100)는 엄지부(100)의 손바닥(1a)을 향한 면이 손바닥(1a)을 향하며, 손바닥(1a)의 하부로 회동된다.

이와 같이 엄지 링크부(110)는 엄지부(100)를 손바닥(1a) 측으로 회동시킴으로써, 제1 관절부(105)에 의한 제1 마디(101)의 회동방향과, 제2 관절부(107)에 의한 제2 마디(103)의 회동방향을 엄지부(100)의 위치에 따라 변동되도록 한다.

여기서, 손바닥(1a)이 하부를 향하고 손등(1b)이 상부를 향하고 있다고 가정하고, 좀 더 상세히 예를 들어 설명하자면, 도 7b에 도시된 바와 같이 엄지 링크부(110)에 의해 엄지부(100)가 회동되어, 엄지부(100)는 손바닥(1a)의 일측부에 위치하는 제1 회동위치에 도달할 수 있다.

이때, 제1 마디(101)와, 제2 마디(103)는 평상시의 회동방향에 대해 교차되는 방향으로 회동된다. 즉, 평상시 손바닥(1a)의 하측으로 회동되는 제1 마디(101)와, 제2 마디(103)는 엄지부(100)가 제1 회동위치에 있을때, 손바닥(1a)의 일측부 에서 손바닥(1a) 측으로 약 135ㅀ경사진 방향(y'축방향)으로 회동된다. 또한, 평상시 베이스(10)에 대해 수평방향(y축방향)으로 회동되는 제1 마디(101)는 제1 회동위치에서 회동되는 제1 마디(101)와, 제2 마디(103)의 회동방향(y'축방향)에 대해 수직방향(z'축방향)으로 회동된다.

계속해서, 도 7c에 도시된 바와 같이, 엄지 링크부(110)에 의해 엄지부(100)가 회동되어, 엄지부(100)는 손바닥(1a)의 하부에 위치하는 제2 회동위치에 도달할 수 있다.

이때, 제1 마디(101)와, 제2 마디(103)는 엄지부(100)가 제1 회동위치에 있을때의 회동방향에 대해 교차되는 방향으로 회동된다. 즉, 엄지부(100)가 제1 회동위치에 있을때, 손바닥(1a)의 일측부에서 손바닥(1a) 측으로 약 135ㅀ경사진 방향(y'축방향)으로 회동되는 제1 마디(101)와, 제2 마디(103)는 엄지부(100)가 제2 회동위치에 있을때, 손바닥(1a)의 하측에서 상측으로 수직 회동된다. 또한, 엄지부(100)가 제1 회동위치에 있을때, 제1 회동위치에서 회동되는 제1 마디(101)와, 제2 마디(103)의 회동방향에 대해 수직방향(z'축방향)으로 회동되는 제1 마디(101)는 엄지부(100)가 제2 회동위치에 있을때, 베이스(10)에 대해 수평방향(y축방향)으로 회동된다.

계속해서, 도 7d에 도시된 바와 같이, 엄지 링크부(110)에 의해 엄지부(100)가 회동되어, 엄지부(100)는 손바닥(1a)의 하측 중앙부에 위치하는 제3 회동위치에 도달할 수 있다.

이때, 제1 마디(101)와, 제2 마디(103)는 엄지부(100)가 제2 회동위치에 있 을때의 회동방향에 대해 교차되는 방향으로 회동된다. 즉, 엄지부(100)가 제2 회동위치에 있을때, 손바닥(1a)의 하측에서 상측로 수직 회동되는 제1 마디(101)와, 제2 마디(103)는 손바닥(1a)의 하측 중앙부에서 손바닥(1a) 측으로 약 45ㅀ경사진 방향(y"축방향)으로 회동된다. 또한, 엄지부(100)가 제2 회동위치에 있을때, 베이스(10)에 대해 수평방향(y축방향)으로 회동되는 제1 마디(101)는, 제3 회동위치에서 회동되는 제1 마디(101)와 제2 마디(103)의 회동방향에 대해 수직방향(z"축방향)으로 회동된다.

여기서, 상술된 설명에서는 엄지 링크부(110)에 의해 회동되는 엄지부(100)의 위치를 평상시, 제1 회동위치, 제2 회동위치 및 제3 회동위치로 구분하여 설명하였지만, 이는 이해를 돕기위한 구분으로, 엄지부(100)의 회동되는 위치는 평상시로부터 제3 회동위치의 범위 내 어느 위치에 위치할 수 있으며, 그에 따라 엄지부(100)의 제1 마디(101)와 제2 마디(103)의 회동방향 또한 변동될 수 있다.

이와 같이, 엄지 링크부(110)는 엄지부(100)의 손바닥(1a)을 향한 면이 항상 손바닥(1a)을 향하도록 엄지부(100)를 회동시키며, 엄지부(100)는 회동되는 위치에 따라, 손바닥(1a) 측으로 구부려지는 회동방향이 다양화된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 핸드를 나타낸 사시도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 핸드의 엄지 구조를 나타낸 사시도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 핸드의 엄지를 나타낸 정면도이다.

도 4, 5, 6은 본 발명에 따른 로봇 핸드의 엄지부의 동작을 설명하기 위한 작동도이다.

도 7a, 7b, 7c, 7d는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 핸드의 엄지 링크부의 동작을 설명하기 위한 작동도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

100 : 엄지부 110 : 엄지 링크부

111 : 엄지 지지부 113 : 엄지 결합부

115 : 주동링크절 117 : 종동링크절

Claims (5)

1. 다수개의 손가락부와 함께 손바닥을 형성하는 엄지부; 및

   상기 엄지부의 상기 손바닥을 향한 면이 상기 손바닥을 향하도록 유지시키며, 상기 엄지부를 상기 손바닥 측으로 회동시키는 엄지 링크부;를 구비하되,

   상기 엄지 링크부는

   상기 손가락부가 결합되는 베이스에 결합되는 엄지 지지부;

   상기 엄지부가 결합되는 엄지 결합부;및

   상기 엄지 지지부와 상기 엄지 결합부를 연결하는 주동링크절 및 종동링크절;을 구비하는 것을 특징으로 하는 로봇 핸드의 엄지 구조.
2. 삭제
3. 제1 항에 있어서, 상기 주동링크절 및 상기 종동링크절은 각각 일측이 상기 엄지 지지부에 힌지 결합되고, 타측이 상기 엄지 결합부에 힌지 결합되며,

   상기 종동링크절은 상기 엄지부가 상기 손바닥 측으로 회동될 때, 상기 주동링크절에 교차 회동되도록 상기 엄지 지지부와 상기 엄지 결합부에 힌지 결합되는 것을 특징으로 하는 로봇 핸드의 엄지 구조.
4. 제1 항에 있어서, 상기 주동링크절은

   상기 엄지부를 회동시키기 위한 회전력을 제공하는 동력장치에 결합되는 것을 특징으로 하는 로봇 핸드의 엄지 구조.
5. 제1 항에 있어서, 상기 엄지부는 상기 손바닥 측으로 회동되는 마디를 구비하며,

   상기 마디의 회동방향은 상기 엄지 링크부에 의해 회동되는 상기 엄지부의 위치에 따라 변동되는 것을 특징으로 하는 로봇 핸드의 엄지 구조.

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