KR100997140B1

KR100997140B1 - 인간형 로봇

Info

Publication number: KR100997140B1
Application number: KR1020080069275A
Authority: KR
Inventors: 김용재; 이자우; 박강민
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2008-07-16
Filing date: 2008-07-16
Publication date: 2010-11-30
Also published as: US8297672B2; US20100011899A1; KR20100008687A

Abstract

본 발명은 인간형 로봇에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 와이어가 통과하는 손목 관절의 구조를 개선하여 와이어의 동력전달 효율을 높이고 손목 관절의 가동 변위를 확보할 수 있는 로봇 핸드를 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 따른 인간형 로봇은 손가락부재에 파지력을 전달하는 제2동력전달장치는 손가락관절과 엑츄에이터를 연결하는 연결부재와, 이 연결부재를 가이드하고 로봇팔에 결합되는 제1가이드부재와 핸드본체에 결합되는 제2가이드부재를 구비하고, 연결부재는 제1가이드부재와 상기 제2가이드부재에 교호적으로 감기는 것을 포함하여 구성되는 것이다.

Description

인간형 로봇{Humanoid Robot}

본 발명은 인간형 로봇에 관한 것으로, 보다 상세하게는 동력전달효율과 가동변위를 증가시키도록 손목 관절을 개선한 인간형 로봇에 관한 것이다.

로봇은 산업전반에 걸쳐 이용범위가 확대되고 있으며, 이와 더불어 인간형 로봇의 연구 개발이 가속화되고 있다. 인간형 로봇이 인간과 가사를 부담하기 위해서는 인간이 사용하는 다양한 물체를 안전하고 빠르게 파지하거나 조작하는 것이 중요하다.

인간형 로봇에서 핸드는 크기의 제한이 있기 때문에 대용량의 모터를 여러 개 장착할 수 없다. 따라서 로봇 핸드는 인간의 손과 비교하여 파지력이 매우 떨어진다. 또한 로봇핸드는 구조적인 제한이 있기 때문에 인간의 손과 비교하여 자유도가 적은 단점이 있다.

로봇 핸드의 파지력을 증가시키기 위하여 핸드가 아닌 팔부분(전완부)에 모터를 장착하고, 와이어가 모터의 구동력을 손가락에 전달하는 구조를 고려할 수 있다. 와이어는 핸드와 전완부를 연결하는 손목관절을 통과하는데, 와이어가 손목관절을 통과함에 따라 발생할 수 있는 마찰을 감소시키기 위하여 와이어는 두 개의 풀리로 감싸져 있다.

그러나 손목관절이 움직이게 되면 두 개의 풀리도 움직이게 되고, 두 개의 풀리에 의해서 감싸져 있는 와이어의 길이도 바뀌게 된다. 결국 와이어의 길이가 바뀌게 되면 와이어를 통해 구동하고자 하는 손가락 제어에 영향을 끼치게 된다. 결국 손목 관절의 움직임이 와이어의 길이에 영향을 미치므로 와이어를 구동하는 모터도 손목 관절의 움직임 보상을 위해 제어되어야 한다. 따라서 이러한 구동 구조는 손목 관절의 움직임으로 인해 손가락 제어방법이 지나치게 복잡해지는 문제점이 있다.

이에 대한 방안으로 손목 관절이 움직이더라도 와이어의 길이가 변하지 않는 구조에 대해서 고려할 수 있다. 즉 와이어는 전완부와 핸드를 연결하는 손목 관절을 통과하는데, 손목 관절을 통과하는 와이어를 튜브에 삽입시킴으로서 손목 관절이 움직이더라도 와이어의 길이를 일정하게 유지시킨다. 여기서 튜브는 손목 관절의 움직임과 관계없이 와이어의 길이를 일정하게 유지시키는 역할을 한다. 결국 손목 관절이 움직이더라도 와이어의 길이가 변하지 않게 되므로 와이어를 구동하는 모터를 추가적으로 보상 제어할 필요가 없다.

그러나 와이어가 끼워져 있는 튜브는 상호간에 마찰을 발생시킨다. 이로 인해 모터의 구동력은 와이어와 튜브의 마찰에 의해서 상당 부분 손실되며 이러한 현상은 손목 관절의 가동변위를 크게할수록 커지게 된다. 손목 관절의 가동변위를 크게 하면 튜브의 꺾임이 증가하여 와이어와 튜브의 마찰력이 증가하기 때문이다. 이와 같은 구동 구조에서는 모터의 동력전달 효율이 현저하게 떨어지게 되고 손목 관절의 가동 변위가 크게 제한되는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 와이어가 통과하는 손목 관절의 구조를 개선하여 와이어의 동력전달 효율을 높이고 손목 관절의 가동 변위를 확보할 수 있는 로봇 핸드를 가지는 인간형 로봇을 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 인간형 로봇은 로봇팔과 핸드본체를 연결하는 손목관절과, 상기 손목관절을 구동하여 상기 핸드본체를 상기 로봇팔에 대하여 회전시키는 제1엑츄에이터와 제1동력전달장치와, 상기 핸드본체와 손가락부재를 연결하는 손가락관절과, 상기 손가락관절을 구동하여 상기 손가락부재를 상기 핸드본체에 대하여 회전시키는 제2엑츄에이터와 제2동력전달장치를 구비하고, 상기 제2동력전달장치는 상기 손가락관절과 상기 제2엑츄에이터를 연결하는 연결부재와, 상기 연결부재를 가이드하는 가이드부재를 구비하고, 상기 가이드부재 는 상기 로봇팔에 결합되는 제1가이드부재와 상기 핸드본체에 결합되는 제2가이드부재를 구비하고, 상기 연결부재는 상기 제1가이드부재와 상기 제2가이드부재에 교호적으로 감기는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2가이드부재가 상기 제1가이드부재에 대해서 위치 이동하는 경우에 상기 제2가이드부재와 상기 제1가이드부재 사이에 마련되는 연결부재의 길이는 일정하게 유지되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 로봇팔은 상기 핸드본체에 접하는 제1접촉부를 구비하고, 상기 핸드본체는 상기 제1접촉부와 접하는 제2접촉부를 구비하고, 상기 제1접촉부와 상기 제2접촉부는 서로 구름 마찰하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1동력전달장치는 상기 로봇팔과 상기 핸드본체를 연결하는 축 지지부재와, 상기 축 지지부재를 회전 시키는 벨트를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 축 지지부재는 상기 로봇팔에서 회전 가능하게 마련되는 제1회전부와 상기 핸드본체에서 회전 가능하게 마련되는 제2회전부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1접촉부는 제1반경을 갖는 원형으로 형성되고, 상기 제2접촉부는 제2반경을 갖는 원형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1회전부의 축상에는 상기 제1가이드부재가 회전 가능하게 결합되고 상기 제2회전부의 상에는 상기 제2가이드부재가 회전 가능하게 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1반경과 상기 제2반경은 동일한 길이를 가지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1반경과 상기 제2반경이 서로 다른 경우 상기 제2반경에 대한 상기 제1반경의 길이의 비는 상기 제2가이드부재의 반경에 대한 상기 제1가이드부재의 반경에 대한 길이의 비와 동일하게 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1접촉부는 평면으로 형성되고, 상기 제2접촉부는 상기 제2회전축에서부터 제2반경을 갖는 원형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2가이드부재는 상기 제2접촉부의 제2반경과 동일하게 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1동력전달장치는 상기 핸드본체에 회전 가능하게 삽입되는 제1축 지지부재와, 상기 제1축 지지부재를 이동시키는 벨트를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1축 지지부재를 가이드하는 슬롯과, 상기 제1축 지지부재를 상기 슬롯을 따라 이동시키도록 상기 벨트를 지지하는 벨트 걸이부를 가지는 벨트지지부재를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 핸드본체는 상기 로봇팔에 회전 가능하게 결합되는 피벗축을 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1동력전달장치는 상기 피벗축과, 상기 피벗축을 회전시키는 벨트를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 피벗축에 마련되는 벨트 걸이부와 상기 제1엑츄에이터에 마련되 는 벨트 걸이부를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 로봇팔은 상기 제1가이드부재가 회전 가능하게 결합되는 제1축 지지부재를 구비하고, 상기 핸드본체는 상기 제2가이드부재가 회전 가능하게 결합되는 제2축 지지부재를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2축 지지부재는 상기 피벗축과 함께 회전하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1가이드부재와 상기 제2가이드부재 사이에 존재하는 연결부재는 상기 핸드본체가 상기 로봇팔에 회전 가능하게 결합되는 피벗(pivot) 축상에 위치하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 인간형 로봇은 로봇팔과, 상기 로봇팔에 손목관절을 통하여 연결되는 핸드본체와, 상기 핸드본체에 손가락관절을 통하여 연결되는 손가락부재와,상기 손목관절을 구동하여 상기 핸드본체를 상기 로봇팔에 대하여 회전시키는 제1엑츄에이터와 제1동력전달장치와, 상기 손가락관절을 구동하여 상기 손가락부재를 상기 핸드본체에 대하여 회전시키는 제2엑츄에이터와 제2동력전달장치를 구비하고,상기 손목관절을 움직이게 하는 제1동력전달장치와 상기 손가락관절을 움직이게 하는 제2동력전달장치는 서로 독립적으로 동작하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2동력전달장치는 상기 제2엑츄에이터와 상기 손가락관절을 연결하는 연결부재와, 상기 연결부재를 가이드하는 가이드부재를 구비하고, 상기 제1엑츄에이터와 상기 제1동력전달장치에 의해서 상기 손목관절이 구동하는 경우 상기 연결부재와 상기 가이드부재의 마찰력이 일정하게 유지되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가이드부재는 상기 로봇팔에 결합하는 제1가이드부재와 상기 핸드본체에 결합하는 제2가이드부재를 구비하고, 상기 연결부재는 상기 제1가이드부재와 상기 제2가이드부재에 교호적으로 감겨지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 연결부재는 와이어를 포함하고, 상기 가이드부재는 풀리를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성을 통하여, 본 발명에 따른 인간형 로봇은 연결부재가 제1가이드부재와 제2가이드부재에 교호적으로 감기게 함으로써 엑츄에이터의 구동력을 손가락관절에 고효율로 전달할 수 있는 효과가 있다.

또한 엑츄에이터와 손가락부재를 연결하는 연결부재의 길이가 일정하게 유지됨으로써 손가락관절의 가동각(또는 가동변위)를 확보할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 인간형 로봇은 수술용 로봇과 내시경 등의 의료장비, 탐사 로봇, 위험물작업 로봇 등 엔드 이펙터(End effecter)에 동력을 전달하는데 사용되는 효과가 있다.

이하, 본 발명에 따른 인간형 로봇의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 인간형 로봇의 로봇팔의 관절 구조를 모식적으로 나타낸 개략도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 인간형 로봇의 로봇팔은 어깨관절(1)과 팔꿈치관절(2)과 손목관절(3)을 구비한다. 어깨관절(1)은 X축을 중심으로 회전하는 제1조인트(4)와, Y축을 중심으로 회전하는 제2조인트(5)와, Z축을 중심으로 회전하는 제3조인트(6)를 가진다. 어깨관절(1)은 제1조인트(4)와 제2조인트(5)와 제3조인트(6)를 구비하여 3자유도를 가진다.

팔꿈치관절(2)은 Y축을 중심으로 회전하는 제4조인트(7)를 가진다. 제4조인트(7)는 로봇팔이 접히는 것이 가능하게 한다. 팔꿈치관절(2)은 제4조인트(7)를 구비하여 1자유도를 가진다.

손목관절(3)은 X축을 중심으로 회전하는 제5조인트(8)와, Y축을 중심으로 회전하는 제6조인트(9)와, Z축을 중심으로 회전하는 제7조인트(10)를 가진다. 손목관절(3)은 제5조인트(8)와 제6조인트(9)와 제7조인트(10)를 구비하여 3자유도를 가진다. 특히 Y축을 중심으로 회전하는 제6조인트(9)와 Z축을 중심으로 회전하는 제7조인트(10)는 로봇핸드(12)(도 2참조)가 로봇팔(11)(도 2참조)에 대해서 꺾어지는 것이 가능하게 한다.

도 2는 본 발명에 따른 로봇핸드와 로봇팔을 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 로봇핸드와 로봇팔을 나타낸 정면도이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 인간형 로봇은 로봇팔(11)과, 손목관절(15)을 통하여 로봇팔(11)과 연결되는 로봇핸드(12)를 구비한 다.

핸드본체(13)와 로봇팔(11)은 축 지지부재(20)에 의해서 연결됨으로서 핸드본체(13)가 로봇팔(11)에 대해서 상대 회전하는 것이 가능하다. 축 지지부재(20)는 로봇팔(11)에 삽입되는 제1회전부(21)와 핸드본체(13)에 삽입되는 제2회전부(22)와, 제1회전부(21)와 제2회전부(22)를 연결하는 다리부(23)를 구비한다. 이와 더불어 축 지지부재(20)에 벨트 걸이부(24)설치하고 제1엑츄에이터(27)에 벨트 걸이부(26)를 설치함으로써 벨트(25)를 통하여 제1엑츄에이터(27)의 구동력을 축 지지부재(20)에 전달한다. 이때 축 지지부재(20)에 마련되는 벨트 걸이부(26)는 제1회전부(21) 상에 위치하므로 축 지지부재(20)가 제1회전부(21)를 중심으로 회전하게 된다. 이처럼 축 지지부재(20)와 벨트(25)는 제1동력전달장치를 구성하여 제1엑츄에이터(27)의 구동력을 손목관절(15)로 전달한다.

로봇핸드(12)는 핸드본체(13)와, 손가락관절(16)을 통하여 핸드본체(13)와 연결되는 손가락부재(14)를 구비한다. 손가락부재(14)는 다수 개의 마디(17)로 구성되는데, 각각의 마디(17) 사이에는 손가락관절(16)이 구비된다.

손가락관절(16)이 구동하여 각각의 마디(17)가 회전하는 경우 손가락부재(14)는 물건을 파지할 수 있다. 손가락부재(14)가 물건을 파지할 때 신뢰성을 확보하는 것이 중요하다. 손가락부재(14)의 파지력이 떨어져서 물건을 떨어뜨리는 경우 안전사고가 발생할 수 있기 때문이다. 이에 손가락부재(14)의 파지력을 증가시키기 위한 방안으로 손가락관절(16)에 상대적으로 큰 동력을 제공하는 큰 엑츄에이터를 고려할 수 있다. 그러나 엑츄에이터는 동력이 커지는 만큼 크기도 커지기 때 문에 로봇핸드(12)에 설치하는 것은 부적절하다.

이에 도 2와 같이 제2엑츄에이터(43)를 로봇팔(11)에 설치하고 제2엑츄에이터(43)의 구동력을 손가락관절(16)에 전달하는 연결부재(40)를 설치한다. 연결부재(40)는 제2엑츄에이터(43)와 손가락부재(14)를 연결한다. 이러한 연결부재(40)는 와이어를 포함하고, 손가락부재(14)의 수만큼 다수 개 마련된다.

제2엑츄에이터(43)에 의해서 구동하는 손가락관절(16)과 제1엑츄에이터(27)에 의해서 구동하는 손목관절(15)은 서로 영향이 없도록 독립적으로 동작하여야 한다. 특히 제1엑츄에이터(27)에 의해서 손목관절(15)이 구동하여 로봇핸드(12)가 꺾이게 되는 경우에 손가락부재(14)와 제2엑츄에이터(43)를 연결하는 연결부재(40)의 길이는 동일하게 유지되어야 한다.

손목관절(15)에는 연결부재(40)를 가이드하는 가이드부재(30)가 마련된다. 가이드부재(30)는 제1회전부(21) 상에서 회전 가능하게 설치되는 제1가이드부재(31)와 제2회전부(22) 상에서 회전 가능하게 설치되는 제2가이드부재(32)를 구비한다. 이때 제1가이드부재(31)와 제2가이드부재(32)는 손가락부재(14)의 수만큼 다수 개 설치된다. 여기서 제1가이드부재(31)와 제2가이드부재(32)는 풀리를 포함한다.

도 4은 본 발명에 따른 인간형 로봇의 손목관절을 나타낸 측 단면도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 인간형 로봇의 로봇팔(11)과 핸드본체(13)는 서로 접하고 있다. 로봇팔(11)은 제1접촉부(61)를 구비하고 핸드본체(13)는 제2접촉부(62)를 구비하여, 제1접촉부(61)와 제2접촉부(62)가 서로 접하 면서 구름 마찰을 발생시킨다. 제1접촉부(61)는 제1회전부(21)를 중심으로 하여 제1반경(R1) 길이를 가지고 제2접촉부(62)는 제2회전부(22)를 중심으로 하여 제2반경(R2) 길이를 가진다.

제1가이드부재(31)의 반경(R3)과 제2가이드부재(32)의 반경(R4)은 제1접촉부(61)의 제1반경(R1)과 제2접촉부(62)의 제2반경(R2)에 따라서 다르게 형성된다. 즉 제1접촉부(61)의 제1반경(R1)과 제2접촉부(62)의 제2반경(R2)이 동일하게 형성되는 경우 제1가이드부재(31)의 반경(R3)과 제2가이드부재(32)의 반경(R4)이 동일하게 형성된다. 뿐만 아니라 제1접촉부(61)의 제1반경(R1)과 제2접촉부(62)의 제2반경(R2)이 서로 다르게 형성되는 경우 제2접촉부(62)의 제2반경(R2)에 대한 제1접촉부(61)의 제1반경(R1)의 비율(R1/R2)과 제2가이드부재(32)의 반경(R4)에 대한 제1가이드부재(31)의 반경(R4)의 비율(R3/R4)은 동일하게 형성된다.

제2엑츄에이터(43)의 구동력을 손가락관절(16)로 제공하는 제2동력전달장치는 가이드부재(30)와 연결부재(40)로 구성된다. 연결부재(40)는 손가락부재(14)를 부재를 굽히는데 사용되는 제1연결부재(41)와 굽혀진 손가락부재(14)를 펼치는데 사용되는 제2연결부재(42)를 구비한다. 연결부재(40)는 제1가이드부재(31)와 제2가이드부재(32)에 교호적으로 감겨진다. 즉 제1연결부재(41)는 제1가이드부재(31)의 좌측에 감겨지고 제2가이드부재(32)의 우측에 감겨진다. 이와 반대로 제2연결부재(42)는 제1가이드부재(31)의 우측에 감겨지고 제2가이드부재(32)의 좌측에 감겨진다. 손가락부재(14)과 제2엑츄에이터(43)를 연결하는 제1연결부재(41)와 제2연결부재(42)는 손목관절(15)이 구동하여 로봇핸드(12)가 꺾이는 경우에도 일정한 길이 로 유지된다. 이는 제1연결부재(41)와 제2연결부재(42)가 동일하므로 이하에서는 제1연결부재(41)를 예로 들어 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 핸드본체가 우측으로 꺾인 상태를 나타낸 측 단면도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 도 4는 핸드본체(13)가 로봇팔(11)에 대해서 꺾이기 전 상태를 나타낸 것이고, 도 5는 핸드본체(13)가 로봇팔(11)에 대하여 우측으로 90ㅀ 꺾인 상태를 나타낸 것이다. 도 4에서 제1접촉부(61)와 제2접촉부(62)가 서로 접하고 있는 지점을 제1접점(63)이라 하고 도 5에서 제1접촉부(61)와 제2접촉부(62)가 서로 접하고 있는 지점을 제2접점(64)이라 한다. 축 지지부재(20)(도 1 및 도 2참조)가 제1회전부(21)를 중심으로 회전하는 경우 핸드본체(13)는 로봇팔(11)에 대해서 회전하게 되는데, 제1접촉부(61)와 제2접촉부(62)의 접점이 도 4의 제1접점(63)에서 도 5의 제2접점(64)으로 이동하는 동안 제1접촉부(61)는 제2접촉부(62) 상에서 구르는 동작을 한다. 이로 인해 제1가이드부재(31)와 제2가이드부재(32) 사이에 해당하는 제1연결부재(41)의 길이는 제1가이드부재(31)와 제2가이드부재(32)의 사이를 벗어나지 않는다. 결국 손목관절(15)이 구동하여 핸드본체(13)가 로봇팔(11)에 대하여 꺾이더라도 손가락부재(14)와 제2엑츄에이터(43)를 연결하는 제1연결부재(41)의 길이는 일정하게 유지된다.

도 6는 본 발명에 따른 핸드본체가 좌측으로 꺾인 상태를 나타낸 측 단면도이다.

도 4 및 도 6을 참조하면, 도 6은 핸드본체(13)가 로봇팔(11)에 대하여 좌측 으로 90ㅀ 꺾인 상태를 나타내고 있다. 도 6에서 제1접촉부(61)와 제2접촉부(62)가 접하고 있는 지점을 제3접점(65)이라 한다. 제1접촉부(61)와 제2접촉부(62)의 접점이 도 4의 제1접점(63)에서 도 6의 제3접점(65)으로 이동하는 동안 제1접촉부(61)와 제2접촉부(62)는 구름 마찰한다. 이때 제1가이드부재(31)와 제2가이드부재(32)에 사이에 해당하는 제1연결부재(41)의 길이는 제1가이드부재(31)와 제2가이드부재(32)의 사이를 벗어나지 않는다. 따라서 앞서 설명한 바와 같이 손목관절(15)이 구동하여 핸드본체(13)가 로봇팔(11)에 대하여 꺾이더라도 손가락부재(14)와 제2엑츄에이터(43)를 연결하는 제1연결부재(41)의 길이는 일정하게 유지된다.

도 4 내지 도 6을 참고하면, 제2엑츄에이터(43)와 제2동력전달장치는 제1엑츄에이터(27)와 제1동력전달장치에 아무런 영향을 받지 않고 독립적으로 손가락부재(14)를 동작시킬 수 있다. 뿐만 아니라 제1가이드부재(31)와 제2가이드부재(32)에 감겨 있는 제1연결부재(41)의 길이가 동일하게 유지되기 때문에 가이드부재(30)와 연결부재(40)가 일으키는 마찰력이 일정하게 유지된다. 이는 핸드본체(13)가 꺾이더라도 제2동력전달장치의 동력 전달 효율이 낮아지지 않는 것을 의미한다.

도 7은 본 발명에 따른 로봇핸드와 로봇팔의 제2실시예를 나타낸 사시도이고, 도 8은 본 발명에 따른 로봇핸드와 로봇팔의 제2실시예를 나타낸 측 단면도이다.

도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 로봇팔(11)에는 제1축 지지부재(71)가 회전 가능하게 설치되고, 핸드본체(13)에는 제2축 지지부재(72)가 회전 가능하게 설치된다. 또한 제1가이드부재(31)는 제1축 지지부재(71)에서 회전 가능하게 설치되 고 제2가이드부재(32)도 제2축 지지부재(72)에서 회전 가능하게 설치된다.

로봇팔(11)에는 벨트지지부재(73)가 설치된다. 벨트지지부재(73)에는 제2축 지지부재(72)를 기준으로 반대되는 위치에 벨트 걸이부(74)가 회전 가능하게 설치되고 제1엑츄에이터(27)에도 벨트 걸이부(76)가 회전 가능하게 설치된다. 벨트(75)와 제2축 지지부재(72)를 결합함으로써 제1엑츄에이터(27)를 구동할 때 벨트(75)와 함께 제2축 지지부재(72)도 이동하게 된다. 이와 같이 제2축 지지부재(72)와 벨트(75)와 벨트지지부재(73)는 제1동력전달장치를 구성한다.

로봇팔(11)과 핸드본체(13)는 서로 접하고 있다. 로봇팔(11)은 제1접촉부(61)를 구비하고 핸드본체(13)는 제2접촉부(62)를 구비하여, 제1접촉부(61)와 제2접촉부(62)는 서로 접함으로서 구름 마찰한다. 따라서 제2축 지지부재(71)가 벨트(75)와 함께 움직이게 되면 제2접촉부(62)는 제1접촉부(61)에서 구르게 된다. 이와 더불어 제2접촉부(62)는 제2축 지지부재(72)를 중심으로 하여 제2반경(R2) 길이를 갖도록 형성된다. 다만 제1접촉부(61)는 평면 형상으로 형성된다.

또한 로봇팔(11)의 제1축 지지부재(71)에는 제1가이드부재(31)가 회전 가능하게 설치되고 핸드본체(13)의 제2축 지지부재(72)에는 제2가이드부재(32)가 회전 가능하게 설치된다. 이때 제2가이드부재(32)의 반경(R3)은 제2접촉부(62)의 제2반경(R2)과 동일하게 형성된다.

제2동력전달장치는 가이드부재(30)와 더불어 연결부재(40)으로 구성된다. 연결부재(40)는 손가락부재(14)를 굽히는데 사용되는 제1연결부재(41)와 굽혀진 손가락부재(14)를 펼치는데 사용되는 제2연결부재(42)를 구비한다. 제1연결부재(41)는 제1가이드부재(31)와 제2가이드부재(32)에 교호적으로 감겨진다. 즉 제1연결부재(41)는 제1가이드부재(31)의 좌측에 감겨지고 제2가이드부재(32)의 우측에 감겨진다. 이와 반대로 제2연결부재(42)는 제1가이드부재(31)의 우측에 감겨지고 제2가이드부재(32)의 좌측에 감겨진다. 손가락부재(14)과 제2엑츄에이터(43)를 연결하는 제1연결부재(41)와 제2연결부재(42)는 손목관절(15)이 구동하여 로봇핸드(12)가 꺾이는 경우에도 일정한 길이로 유지된다. 제1연결부재(41)와 제2연결부재(42)는 서로 대응하므로 이하에서는 제1연결부재(41)를 예로 들어 설명한다.

도 9는 본 발명에 따른 핸드본체가 우측으로 꺾인 상태를 나타낸 측 단면도이다.

도 8 및 도 9을 참고하면, 도 8은 핸드본체(13)가 로봇팔(11)에 대해서 꺾이기 전 상태를 나타낸 것이고, 도 9는 핸드본체(13)가 로봇팔(11)에 대하여 우측으로 90ㅀ 꺾인 상태를 나타낸 것이다. 도 8에서 제1접촉부(61)와 제2접촉부(62)가 서로 접하고 있는 지점을 제1접점(63)이라 하고 도 9에서 제1접촉부(61)와 제2접촉부(62)가 서로 접하고 있는 지점을 제2접점(64)이라 한다. 벨트(75)(도 7 참조)와 함께 제2축 지지부재(72)도 이동하는 경우 핸드본체(13)는 로봇팔(11)에 대해서 회전한다. 이때 제1접촉부(61)와 제2접촉부(62)의 접점이 도 8의 제1접점(63)에서 도 9의 제2접점(64)으로 이동하는 동안 제1접촉부(61)와 제2접촉부(62)는 구름 마찰을 발생시킨다. 이로 인해 제1가이드부재(31)와 제2가이드부재(32) 사이에 해당하는 제1연결부재(41)의 길이는 일정하게 유지된다. 이는 손목관절(15)이 구동하여 핸드본체(13)가 로봇팔(11)에 대하여 꺾이더라도 손가락부재(14)와 제2엑츄에이터(43) 를 연결하는 제1연결부재(41)의 길이는 일정하게 유지되는 것을 의미한다.

도 10은 본 발명에 따른 핸드본체가 좌측으로 꺾인 상태를 나타낸 측 단면도이다.

도 8 및 도 10을 참고하면, 도 10은 핸드본체(13)가 로봇팔(11)에 대하여 좌측으로 90ㅀ 꺾인 상태를 나타내고 있다. 도 10에서 제1접촉부(61)와 제2접촉부(62)가 접하고 있는 지점을 제3접점(65)이라 한다. 제1접촉부(61)와 제2접촉부(62)의 접점이 도 8의 제1접점(63)에서 도 10의 제3접점(65)으로 이동하는 동안 제1접촉부(61)와 제2접촉부(62)는 구름 마찰을 일으킨다. 이때 제1가이드부재(31)와 제2가이드부재(32)에 사이에 해당하는 제1연결부재(41)의 길이는 일정하게 유지된다.

도 11은 본 발명에 따른 로봇핸드와 로봇팔의 제3실시예를 나타낸 사시도이고, 도 12는 본 발명에 따른 제3실시예의 손목관절을 나타낸 정면도이고, 도 13은 본 발명에 따른 제3실시예의 손목관절을 나타낸 측 단면도이다.

도 11 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 인간형 로봇은 로봇핸드(12)는 피벗축(80)을 구비하고 피벗축(80)은 로봇팔(11)에 대하여 회전 가능하게 결합한다. 피벗축(80)에는 벨트 걸이부(84)가 마련되고 제1엑츄에이터(27)에도 벨트 걸이부(86)가 마련되어 있어서 제1엑츄에이터(27)는 벨트(85)를 이용하여 피벗축(80)을 회전시킨다. 피벗축(80)과 벨트(85)는 제1동력전달장치를 구성한다.

로봇팔(11)에는 제1가이드부재(31)가 회전 가능하게 결합되는 제1축 지지부재(81)가 설치되고 핸드본체(13)에는 제2가이드부재(32)가 회전 가능하게 결합되는 제2축 지지부재(82)가 설치된다. 제2축 지지부재(82)는 피벗축(80)과 연결되어 있어서 피벗축(80)이 회전할 때 함께 회전한다. 제1가이드부재(31) 및 제2가이드부재(32)는 손가락부재(14)의 수만큼 마련된다.

이때 제2엑츄에이터(43)의 구동력을 손가락부재(14)로 전달하는 연결부재(40)가 제1가이드부재(31)와 제2가이드부재(32)를 교호적으로 감싸게 된다. 연결부재(40)는 손가락부재(14)를 굽히는데 사용되는 제1연결부재(41)와, 굽혀진 손가락을 펴는데 사용되는 제2연결부재(42)를 구비한다. 여기서 교호적이란 제1연결부재(41)를 예로 들어 설명하면 제1연결부재(41)는 제2가이드부재(32)의 좌측을 감싸고 제2연결부재(42)의 우측을 감싸는 것을 말한다.

이와 더불어 제3실시예에서 제1가이드부재(31)와 제2가이드부재(32) 사이에 해당하는 연결부재(40)는 피벗축(80)과 동일한 위치에 설치된다. 이러한 경우 핸드본체(13)가 로봇팔(11)에 대해서 꺾이게 되더라도 제1가이드부재(31)와 제2가이드부재(32) 사이 구간에 해당하는 연결부재(40)의 길이에는 아무런 변화가 없다.

도 14는 핸드본체가 로봇팔에 대하여 우측으로 꺾인 상태를 나타낸 측 단면도이고 도 15는 핸드본체가 로봇팔에 대하여 좌측으로 꺾인 상태를 나타낸 측 단면도이다.

도 13 내지 도 15를 참고하면, 도 13은 핸드본체(13)가 꺾이기 전 상태를 나타낸 것이고 도 14은 핸드본체(13)가 로봇팔(11)에 대하여 우측으로 90ㅀ 꺾인 상태를 나타낸 것이고 도 15는 핸드본체(13)가 로봇팔(11)에 대하여 좌측으로 90ㅀ 꺾인 상태를 나타낸 것이다. 도 13 내지 도 15에 나타난 바와 같이, 제1연결부 재(41)가 피벗축(80) 상에 마련되기 때문에 핸드본체(13)가 꺾이는 경우에도 제1가이드부재(31)와 제2가이드부재(32)에 해당하는 제1연결부재(41)의 길이는 일정하게 유지된다.

도 1은 본 발명에 따른 인간형 로봇의 로봇팔의 관절 구조를 모식적으로 나타낸 개략도.

도 2는 본 발명에 따른 로봇핸드와 로봇팔을 나타낸 사시도.

도 3은 본 발명에 따른 로봇핸드와 로봇팔을 나타낸 정면도.

도 4은 본 발명에 따른 인간형 로봇의 손목관절을 나타낸 측 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 핸드본체가 우측으로 꺾인 상태를 나타낸 측 단면도.

도 6는 본 발명에 따른 핸드본체가 좌측으로 꺾인 상태를 나타낸 측 단면도.

도 7은 본 발명에 따른 로봇핸드와 로봇팔의 제2실시예를 나타낸 사시도.

도 8은 본 발명에 따른 로봇핸드와 로봇팔의 제2실시예를 나타낸 측 단면도.

도 9는 본 발명에 따른 핸드본체가 우측으로 꺾인 상태를 나타낸 측 단면도.

도 10은 본 발명에 따른 핸드본체가 좌측으로 꺾인 상태를 나타낸 측 단면도.

도 11은 본 발명에 따른 로봇핸드와 로봇팔의 제3실시예를 나타낸 사시도.

도 12는 본 발명에 따른 제3실시예의 손목관절을 나타낸 정면도.

도 13은 본 발명에 따른 제3실시예의 손목관절을 나타낸 측 단면도.

도 14는 핸드본체가 로봇팔에 대하여 우측으로 꺾인 상태를 나타낸 측 단면도.

도 15는 핸드본체가 로봇팔에 대하여 좌측으로 꺾인 상태를 나타낸 측 단면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

11: 로봇팔 13: 핸드본체

14: 손가락부재 15: 손목관절

16: 손가락관절 20: 축 지지부재

27: 제1엑츄에이터 30: 가이드부재

40: 연결부재 43: 제2엑츄에이터

61: 제1접촉부 62: 제2접촉부

Claims

로봇팔과 핸드본체를 연결하는 손목관절과, 상기 손목관절을 구동하여 상기 핸드본체를 상기 로봇팔에 대하여 회전시키는 제1엑츄에이터와 제1동력전달장치와,

상기 핸드본체와 손가락부재를 연결하는 손가락관절과, 상기 손가락관절을 구동하여 상기 손가락부재를 상기 핸드본체에 대하여 회전시키는 제2엑츄에이터와 제2동력전달장치를 구비하고,

상기 제2동력전달장치는 상기 손가락관절과 상기 제2엑츄에이터를 연결하는 연결부재와, 상기 연결부재를 가이드하는 가이드부재를 구비하고,

상기 가이드부재는 상기 로봇팔에 결합되는 제1가이드부재와 상기 핸드본체에 결합되는 제2가이드부재를 구비하고,

상기 연결부재는 상기 제1가이드부재와 상기 제2가이드부재에 교호적으로 감기는 인간형 로봇.
제1항에 있어서,

상기 제2가이드부재가 상기 제1가이드부재에 대해서 위치 이동하는 경우에 상기 제2가이드부재와 상기 제1가이드부재 사이에 마련되는 연결부재의 길이는 일정하게 유지되는 인간형 로봇.
제2항에 있어서,

상기 로봇팔은 상기 핸드본체에 접하는 제1접촉부를 구비하고, 상기 핸드본체는 상기 제1접촉부와 접하는 제2접촉부를 구비하고, 상기 제1접촉부와 상기 제2접촉부는 서로 구름 마찰하는 인간형 로봇.
제3항에 있어서,

상기 제1동력전달장치는 상기 로봇팔과 상기 핸드본체를 연결하는 축 지지부재와, 상기 축 지지부재를 회전 시키는 벨트를 구비하는 인간형 로봇.
제4항에 있어서,

상기 축 지지부재는 상기 로봇팔에서 회전 가능하게 마련되는 제1회전부와 상기 핸드본체에서 회전 가능하게 마련되는 제2회전부를 구비하는 인간형 로봇.
제3항에 있어서,

상기 제1접촉부는 제1반경을 갖는 원형으로 형성되고, 상기 제2접촉부는 제2반경을 갖는 원형으로 형성되는 인간형 로봇.
제5항에 있어서,

상기 제1회전부의 축상에는 상기 제1가이드부재가 회전 가능하게 결합되고 상기 제2회전부의 축상에는 상기 제2가이드부재가 회전 가능하게 결합되는 인간형 로봇.
제6항에 있어서,

상기 제1반경과 상기 제2반경은 동일한 길이를 가지는 인간형 로봇.
제6항에 있어서,

상기 제1반경과 상기 제2반경이 서로 다른 경우 상기 제2반경에 대한 상기 제1반경의 길이의 비는 상기 제2가이드부재의 반경에 대한 상기 제1가이드부재의 반경에 대한 길이의 비와 동일하게 형성되는 인간형 로봇.
제7항에 있어서,

상기 제1접촉부는 평면으로 형성되고, 상기 제2접촉부는 상기 제2회전축에서부터 제2반경을 갖는 원형으로 형성되는 인간형 로봇.
제10항에 있어서,

상기 제2가이드부재는 상기 제2접촉부의 제2반경과 동일하게 형성되는 인간형 로봇.
제10항에 있어서,

상기 제1동력전달장치는 상기 핸드본체에 회전 가능하게 삽입되는 제1축 지지부재와, 상기 제1축 지지부재를 이동시키는 벨트를 구비하는 인간형 로봇.
제12항에 있어서,

상기 제1축 지지부재를 가이드하는 슬롯과, 상기 제1축 지지부재를 상기 슬롯을 따라 이동시키도록 상기 벨트를 지지하는 벨트 걸이부를 가지는 벨트지지부재를 더 구비하는 인간형 로봇.
제2항에 있어서,

상기 핸드본체는 상기 로봇팔에 회전 가능하게 결합되는 피벗축을 구비하는 인간형 로봇.
제14항에 있어서,

상기 제1동력전달장치는 상기 피벗축과, 상기 피벗축을 회전시키는 벨트를 구비하는 인간형 로봇.
제15항에 있어서,

상기 피벗축에 마련되는 벨트 걸이부와 상기 제1엑츄에이터에 마련되는 벨트 걸이부를 더 구비하는 인간형 로봇.
제14항에 있어서,

상기 로봇팔은 상기 제1가이드부재가 회전 가능하게 결합되는 제1축 지지부 재를 구비하고, 상기 핸드본체는 상기 제2가이드부재가 회전 가능하게 결합되는 제2축 지지부재를 구비하는 인간형 로봇.
제17항에 있어서,

상기 제2축 지지부재는 상기 피벗축과 함께 회전하는 인간형 로봇.
제14항에 있어서,

상기 제1가이드부재와 상기 제2가이드부재 사이에 존재하는 연결부재는 상기 핸드본체가 상기 로봇팔에 회전 가능하게 결합되는 피벗(pivot) 축상에 위치하는 인간형 로봇.
로봇팔과,

상기 로봇팔에 손목관절을 통하여 연결되는 핸드본체와,

상기 핸드본체에 손가락관절을 통하여 연결되는 손가락부재와,

상기 손목관절을 구동하여 상기 핸드본체를 상기 로봇팔에 대하여 회전시키는 제1엑츄에이터와 제1동력전달장치와,

상기 손가락관절을 구동하여 상기 손가락부재를 상기 핸드본체에 대하여 회전시키는 제2엑츄에이터와 제2동력전달장치를 구비하고,

상기 손목관절을 움직이게 하는 제1동력전달장치와 상기 손가락관절을 움직이게 하는 제2동력전달장치는 서로 독립적으로 동작하는 인간형 로봇.
제20항에 있어서,

상기 제2동력전달장치는 상기 제2엑츄에이터와 상기 손가락관절을 연결하는 연결부재와, 상기 연결부재를 가이드하는 가이드부재를 구비하고,

상기 제1엑츄에이터와 상기 제1동력전달장치에 의해서 상기 손목관절이 구동하는 경우 상기 연결부재와 상기 가이드부재의 마찰력이 일정하게 유지되는 인간형 로봇.
제21항에 있어서,

상기 가이드부재는 상기 로봇팔에 결합하는 제1가이드부재와 상기 핸드본체에 결합하는 제2가이드부재를 구비하고,

상기 연결부재는 상기 제1가이드부재와 상기 제2가이드부재에 교호적으로 감겨지는 인간형 로봇.
제22항에 있어서,

상기 제2가이드부재가 상기 제1가이드부재에 대해서 위치 이동하는 경우에 상기 제2가이드부재와 상기 제1가이드부재 사이에 마련되는 연결부재의 길이는 일정하게 유지되는 인간형 로봇.
제23항에 있어서,

상기 연결부재는 와이어를 포함하고, 상기 가이드부재는 풀리를 포함하는 인간형 로봇.