KR101103862B1 - 인간형 로봇 손 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인간형 로봇 손에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 인간형 로봇 손은 엄지부; 상기 엄지부로부터 이격되게 마련되되, 대상물의 일영역을 감싸며 움켜쥐도록 단부가 상기 엄지부측으로 이동가능하게 구성되는 검지부; 링크 관절부와, 상기 링크관절부에 회전가능하게 연결되는 다수의 로드(rod)를 포함하며, 상기 엄지부의 단부로부터 이격된 위치와 상기 검지부의 단부로부터 이격된 위치를 상호 연결함으로써 상기 검지부와 상기 엄지부에 의하여 움켜잡히는 상기 대상물이 이탈하지 않도록 상기 움켜잡히는 대상물의 타영역을 감싸는 링크부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이에 의하여, 인체와 유사한 동작을 통하여 물체를 움켜쥘 수 있는 인간형 로봇 손이 제공된다.

인체, 인간, 로봇, 손, 손바닥, 엄지

Description

인간형 로봇 손 {humanoid robot hand}

본 발명은 인간형 로봇 손에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 섬세한 동작에 의하여 물체를 움켜쥘 수 있는 인간형 로봇 손에 관한 것이다.

인체와 동일한 메카니즘을 구현하기 위한 연구는 전세계적인 관심사이다. 특히, 사람이 직접적으로 수행하기에는 위험하거나 어려운 장소에서의 업무수행을 대리시키기 위하여 인간형 손을 개발하기 위한 노력이 국내외에서 집중되고 있다.

그러나, 인간의 손은 다른 신체에 비해 작은 부피에도 불구하고 30여개의 뼈를 포함하고 있어 섬세한 동작이 가능하므로, 이러한 인간의 손과 같은 동작을 로봇으로 구현하기에는 어려움이 있다.

현재까지 개발된 인간형 로봇 손들은 크기 및 무게 등과 같은 제약조건에 따라 물체를 작업에서 크게 문제가 되지 않는 움직임에 대한 자유도를 생략하고 있다. 이들 생략되는 자유도 중에서도 손바닥의 움직임에 대한 자유도는 손바닥과 다른 손가락들의 공간을 위하여 불가피하게 생략되는 자유도라 할 수 있다.

다만, 이러한 자유도의 생략으로 인하여 현재까지 개발되는 인간형 로봇 손은 자유롭고 안정적으로 물체를 다루는데 어려움이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 인간에 근접할 수 있는 인간형 로봇 손을 제공함에 있다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 엄지부; 상기 엄지부로부터 이격되게 마련되되, 대상물의 일영역을 감싸며 움켜쥐도록 단부가 상기 엄지부측으로 이동가능하게 구성되는 검지부; 링크 관절부와, 상기 링크관절부에 회전가능하게 연결되는 다수의 로드(rod)를 포함하며, 상기 엄지부의 단부로부터 이격된 위치와 상기 검지부의 단부로부터 이격된 위치를 상호 연결함으로써 상기 검지부와 상기 엄지부에 의하여 움켜잡히는 상기 대상물이 이탈하지 않도록 상기 움켜잡히는 대상물의 타영역을 감싸는 링크부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인간형 로봇 손에 의해 달성된다.

삭제

또한, 상기 링크부는, 3자유도를 갖는 제1링크관절부, 1자유도를 갖는 제2링크관절부, 2자유도를 갖는 제3링크관절부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 링크부는, 상기 엄지부와 상기 제1링크관절부를 연결하는 제1로드와, 상기 제1링크관절부와 상기 제2링크관절부를 연결하는 제2로드와, 상기 제2링크관절부와 상기 제3링크관절부를 연결하는 제3로드와, 상기 제3링크관절부와 상기 검지부를 연결하는 제4로드를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 검지부를 지지하는 회동중심으로하여 상기 엄지부를 세차운동시키는 엄지부 구동유닛을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 검지부를 지지하는 베이스를 더 포함하고, 상기 엄지부 구동유닛 은, 상기 베이스에 마련되며 상기 엄지부의 단부가 결합되는 회동축과, 상기 엄지부의 회동력을 제공하는 구동모터와, 상기 구동모터로부터 회동력을 전달받아 상기 회동축을 회전시키는 제1기어를 포함할 수 있다.

또한, 상기 엄지부 구동유닛은, 상기 구동모터의 회전축에 장착되어 상기 제1기어와 베벨기어연결하는 제2기어와, 상기 회동축의 단부에 마련되며 상기 제1기어와 베벨기어 연결하는 제3기어를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 물건을 안정적을 움켜쥘 수 있는 인간형 로봇 손이 제공된다.

또한, 회전가능한 다수의 로드를 포함하는 링크부를 구비함으로써 엄지부와 검지부를 연결할 수 있다.

또한, 링크부가 3부분의 분리된 관절부로 형성됨으로써 동작범위를 다양하게 할 수 있다.

또한, 엄지부쪽에 자유도를 높임으로써 자연스러운 동작을 구현할 수 있다.

또한, 검지부를 회동중심으로 세차운동하는 엄지부에 의하여 물체를 인간의 동작에 가깝게 물체를 잡을 수 있다.

또한, 구동모터를 이용하여 엄지부를 정밀하게 제어할 수 있다.

또한, 베벨기어를 이용하여 회전하는 중심축의 방향이 서로 다른 모터와 엄지부간에 동력이 전달될 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 인간형 로봇 손(100)에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 인간형 로봇 손의 사시도이고, 도 2는 도 1의 인간형 로봇 손을 정면에서 본 것이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 인간형 로봇 손(100)은 베이스(110)와, 손가락부(120)와, 엄지부(130)와, 링크부(150)를 포함한다.

상기 베이스(110)는 인간의 손의 손등과 같은 부분을 형성하는 것으로 넓은 사각형 형태의 판으로 마련된다.

상기 손가락부(120)는, 검지부(121)와, 중지부(126)와, 약지부(127)를 포함한다.

상기 검지부(121)는, 인간의 엄지 바로 다음에 위치하고 있는 손가락에 대응되는 부분으로서, 검지부 지지부재(122)와, 제1검지마디(123)와, 제2검지마디(124)와, 제3검지마디(125)를 포함한다.

상기 검지부 지지부재(122)는 측면이 베이스(110)에 결합되어 검지부(121) 전체를 지지하는 부재이다. 검지부 지지부재(122)의 하단에는 검지부(121)를 제어하도록 소형모터와 같은 동력부재가 구비되고 소형모터와 검지부의 단부는 기어에 의하여 연결되어 동력이 전달될 수 있도록 한다. 또한, 소형모터에는 감속기가 연속적으로 연결될 수도 있다.

상기 제1검지마디(123)는, 사람의 검지 손가락의 한 마디에 대응하는 기능을 수행하는 것으로서, 검지부 지지부재로(122)부터 연장되게 형성된다. 제1검지마 디(123)의 단부는 검지부 지지부재(122)와 힌지결합되고, 모터등에 의하여 회동력을 제공받을 수 있다.

상기 제2검지마디(124)는, 제1검지마디(123)와 연속하여 다음에 위치하는 마디로서, 제1검지마디(123)로부터 연장되게 형성된다. 제2검지마디(124)의 일단부는 제1검지마디(123)의 타단부와 회전회동이 가능하도록 힌지 결합된다.

상기 제3검지마디(125)는, 검지 손가락의 끝 마디의 기능을 수행하는 것으로, 제2검지마디(124)로부터 연장되게 형성된다. 제3검지마디(125)의 일단부는 제2검지마디(124)의 타단부와 회전회동이 가능하도록 힌지 결합된다.

손가락부(120)의 각각의 마디 사이에는 소형모터와 모터에 치합되는 기어가 배치되어 마디간의 회동을 위한 동력이 제공될 수 있으며, 또한, 토크 및 포스 센서를 구비하여 파지등과 같은 작업시에 발생하는 각 관절의 토크 및 힘의 정보를 받아 파지 대상과 인간형 로봇 손 모두에 안정성을 부여한 제어를 가능케 할 수도 있다.

따라서, 검지부(121)는 검지부 지지부재(122)와 세 개의 검지마디를 포함하므로 세 마디를 가지는 실제 인간의 검지 손가락과 동일한 구조를 가진다.

상기 중지부(126) 및 약지부(127)는, 상술한 검지부(121)와 동일한 형상 및 구조를 가지므로 중복설명은 생략한다.

상기 엄지부(130)는 엄지부 지지부재(131)와, 제1엄지마디(132)와, 제2엄지마디(133)와, 제3엄지마디(134)와, 엄지부 구동유닛(140)을 포함한다.

상기 엄지부 지지부재는, 엄지부(130)를 베이스(110)로 부터 지지하는 부재 로서, 단면이 ㄴ자인 형태로 형성되고, 엄지부 지지부재(131)의 단부에는 후술하는 회동축(141)이 삽입될 수 있는 회전공이 관통되게 형성된다.

또한, 상기 제1엄지마디(132)와, 상기 제2엄지마디(133)와, 상기 제3엄지마디(134)는 상술한 제1검지마디(123) 내지 제3검지마디(125)에 대응되는 구성으로서, 인간의 엄지의 각 마디의 역할 하는 부재이므로 더 이상의 설명은 생략한다.

상기 엄지부 구동유닛(140)은 검지부(121)를 회동중심으로하여 엄지부(130)를 세차운동시키는 역할을 하는 것으로서 회동축(141)과, 구동모터(142)와, 기어부(143)를 포함한다.

상기 회동축(141)은 엄지부 지지부재(131)의 단부에 부착되고, 베이스(110)에 힌지결합된다.

상기 구동모터(142)는 엄지부(130)에 회동력을 제공하는 장치로서, 후술하는 기어부(143)와 치합되어 엄지부(130)를 회전시킨다.

상기 기어부(143)는 제1기어(144)와, 제2기어(145)와, 제3기어(146)를 포함한다.

상기 제1기어(144)는 베벨기어로 마련되어 베이스(110)의 상면에 베이스와 평행한 방향으로 배치된다. 상기 제2기어(145)는 베벨기어로 마련되고 구동모터(142)의 회전축 단부에 부착되고 제1기어와 치합된다. 상기 제3기어(146)는 베벨기어로 마련되고 회동축(141)에 결합되며 상기 제1기어(144)와 치합되므로 구동모터(142)에서 발생하는 동력은 제2기어(145)와, 제1기어(144)와, 제3기어(146)를 차례대로 거쳐 회동축에 전달한다.

따라서, 기어부(143)를 이용하면 구동모터(142)는 구동모터(142)와 중심 축이 다른 방향으로 형성되는 회동축(141)에 동력을 전달할 수 있다.

도 3은 도 1의 인간형 로봇 손의 링크부의 사시도이다.

상기 링크부(150)는, 엄지부(130)와 검지부(121)를 상호간을 연결하여 엄지부(130)의 자연스러운 회동을 도와주고, 엄지부(130)와 검지부(121)에 의하여 움켜 잡히는 대상물을 지지해주는 부재이다. 도 3을 참조하면, 링크부(150)는 제1링크관절부(160)와, 제2링크관절부(170)와, 제3링크관절부(180)와, 제1로드(151)와, 제2로드(152)와, 제3로드(153)와, 제4로드(154)를 포함한다.

상기 각각의 링크관절부는 내부가 관통되게 형성되는 원통 형상의 회전부와, 회전부에 수용되는 회전축의 조합으로 형성된다.

상기 제1링크관절부는 3개의 회전축을 각각 수용하는 3개의 회전부를 가진다. 따라서, 서로 다른 3개의 축을 중심으로 회전이 가능하므로 3 자유도(degrees-of-freedom)를 갖는다. 제1링크관절부(160)는, 내부가 관통되게 형성되는 원통형의 제1회전부(161)와 제1회전부(161)에 수용되는 제1회전축(162)이 마련되고, 제1회전부(161)의 측면에 수직하게 구비되는 제2회전축(164)과 제2회전축(164)을 수용하는 제2회전부(163)가 마련되고, 제2회전부(163)의 측면에 수직하게 구비되는 제3회전축(166)과 제3회전축(166)을 수용하는 제3회전부(165)에 의하여 형성된다.

상기 제2링크관절부(170)는 1개의 회전축과 1개의 회전부에 의하여 형성되는 것이므로 1 자유도를 갖는다. 제2링크관절부(170)는, 제4회전축(172)이 제4회전부(171)의 내부에 수용되는 형태로 마련된다.

상기 제3링크관절부(180)는 2개의 회전축을 각각 수용하는 2개의 회전부의 조합으로 형성되므로 2 자유도를 갖는다. 제3링크관절부(180)는, 제5회전부(181)의 내부에 수용되는 제5회전축(182)과, 제5회전부(181)의 측면에 수직하게 구비되는 제6회전축(184)과 제6회전축(184)을 수용하는 제6회전부(183)에 의해 형성된다.

상기 제1로드(151)는 막대기 형태의 부재로서, 측면이 엄지부(130)의 측면에 연결되고 단부의 면에 수직하게 제1회전축(162)이 부착된다. 상기 제2로드(152)는 일단부의 측면에 수직한 방향으로 제3회전부(165)가 부착되고, 타단부의 측면에 제4회전부(171)가 결합된다. 상기 제3로드(153)는 일단부의 측면에 수직한 방향으로 제4회전축이 결합되고, 타단부의 측면에 제5회전부(181)가 결합된다. 상기 제4로드(154)의 단부의 일측면에는 평행한 방향으로 제6회전축(184)이 마련되고, 제4로드의 타측면은 검지부(121)에 결합된다.

따라서, 이러한 링크부(150)의 구조에 의하면, 3자유도를 갖는 제1링크관절부(160)가 엄지부(130)쪽에 연결되고, 2자유도를 갖는 제3링크관절부(180)는 검지부(121)쪽에 연결되어, 회동이 발생하는 엄지부(130)쪽의 자유도가 높아짐으로써 엄지부(130)의 회동시 부자연스러움을 방지할 수 있다.

각 링크관절부에 포함되는 회전부와 회전축의 사이에는 베어링이 삽입되어 링크관절부의 회전회동에 도움을 줄 수도 있다.

본 실시예에 따른 링크부는, 양 단부가 고정되고 6개의 회전축과 6개의 회전축을 조합하여 6 자유도를 가지는 것으로 구현되었으나, 필요에 따라서는 중량, 부피등을 고려하여 회전축의 수와 회전부의 수를 더 추가하여, 여유 자유도를 부가함 으로써 더 자연스러운 동작을 구현할 수도 있다.

또한, 본 실시예에서의 손가락부는 엄지부, 검지부, 중지부, 약지부 4개의 부재로 형성되나, 여기에 제한되는 것은 아니고, 사용 목적 및 사용 환경에 따라 손가락부에 포함되는 부재의 수가 변할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 인간형 로봇 손(100)은 물체를 움켜쥐는 동작에 있어서 특이성이 있으므로 지금부터는 상술한 인간형 로봇 손(100)이 물체를 움켜쥐는 동작에 대해서 설명한다.

도 4a 및 도 4b는 도 1의 인간형 로봇 손의 엄지부가 동작하는 것을 정면에서 본 것이고, 도 5a는 도 1의 인간형 로봇 손이 링크부를 구비하지 않았을 경우에 물체를 움켜쥐는 모습을 도시한 것이고, 도 5b는 도 1의 인간형 로봇 손이 링크부를 구비했을 경우에 물체를 움켜쥐는 모습을 도시한 것이다.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 도 4a에서 베이스(110)면과 평행한 면에 위치하던 엄지부(130)가 도 4b에서는 검지부(121)를 중심으로 하는 선회운동에 의하여 엄지부(130)는 베이스(110)의 면과 수직한 곳에 위치된다.

움켜쥘 대상 물체가 손가락부(120)와 엄지부(130)의 사이에 놓일 수 있도록 인간형 로봇 손(100)을 이동시킨다. 물체의 단부가 링크부(150)에 밀착될 수 있도록 본 실시예의 인간형 로봇 손(100)을 위치시키고, 엄지부(130)를 베이스(110)쪽으로 상술한 동작을 통하여 회전회동시키는 동시에 손가락부(120)의 각 부재들을 베이스쪽으로 구부린다.

상술한 동작에 의하여 물체의 측부는 손가락부(120)와 엄지부(130) 및 링크부(150)의 단부에 각각 밀착되고, 인간의 손이 물체를 쥐는 것과 같은 형태로 물체를 움켜쥘 수 있다.

손가락부(120)는 각 마디의 사이에 구비된 소형모터와 기어의 조합을 통하여 회동력을 전달받음으로써 물체의 다양한 형상에 부합하는 형태로 구부릴 수 있고, 물체에 최대한 밀착시켜 안정적으로 자세로 물체를 움켜쥘 수도 있다.

이때, 링크부(150)는 엄지와 검지 사이를 연결하는 인간의 손바닥의 부분과 동일한 역할을 하는 것으로, 구조상 손가락부에서는 지지하지 못하는 물체의 측면을 안정적으로 지지한다. 도 5a 및 도 5b 를 참조하면, 링크부(150)를 구비하지 않은 경우보다 링크부(150)를 구비한 경우에 물체를 더 안정적으로 움겨쥘 수 있다.

이때, 6자유도를 가지는 링크부(150)를 구비함으로써 엄지부(130)는 경로에 구속받지 않고 자유로운 회동이 가능하므로, 독특한 형상의 물체라도 가진 물체라도 본 실시예의 인간형 로봇 손을 물체의 단부에 밀착시킬 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 6자유도를 가진 링크부를 이용하여, 실제의 인간의 동작과 유사한 손의 동작을 구현할 수 있다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재 의 범위 내에 있는 것으로 본다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 인간형 로봇 손의 사시도이고,

도 2는 도 1의 인간형 로봇 손을 정면에서 본 것이고,

도 3은 도 1의 인간형 로봇 손의 링크부의 사시도이고,

도 4a 및 도 4b는 도 1의 인간형 로봇 손의 엄지부가 동작하는 것을 정면에서 본 것이고,

도 5a는 도 1의 인간형 로봇 손이 링크부를 구비하지 않았을 경우에 물체를 움켜쥐는 모습을 도시한 것이고,

도 5b는 도 1의 인간형 로봇 손이 링크부를 구비했을 경우에 물체를 움켜쥐는 모습을 도시한 것이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 인간형 로봇 손 127 : 약지부

120 : 손가락부 130 : 엄지부

121 : 검지부 140 : 엄지부 구동유닛

126 : 중지부 150 : 링크부

Claims (7)

1. 엄지부;

   상기 엄지부로부터 이격되게 마련되되, 대상물의 일영역을 감싸며 움켜쥐도록 단부가 상기 엄지부측으로 이동가능하게 구성되는 검지부;

   링크 관절부와, 상기 링크관절부에 회전가능하게 연결되는 다수의 로드(rod)를 포함하며, 상기 엄지부의 단부로부터 이격된 위치와 상기 검지부의 단부로부터 이격된 위치를 상호 연결함으로써 상기 검지부와 상기 엄지부에 의하여 움켜잡히는 상기 대상물이 이탈하지 않도록 상기 움켜잡히는 대상물의 타영역을 감싸는 링크부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인간형 로봇 손.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 링크부는,

   3자유도를 갖는 제1링크관절부, 1자유도를 갖는 제2링크관절부, 2자유도를 갖는 제3링크관절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인간형 로봇 손.
4. 제3항에 있어서,

   상기 링크부는,

   상기 엄지부와 상기 제1링크관절부를 연결하는 제1로드와, 상기 제1링크관절 부와 상기 제2링크관절부를 연결하는 제2로드와, 상기 제2링크관절부와 상기 제3링크관절부를 연결하는 제3로드와, 상기 제3링크관절부와 상기 검지부를 연결하는 제4로드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인간형 로봇 손.
5. 제1항에 있어서,

   상기 엄지부는, 상기 검지부를 회동중심으로하여 상기 엄지부의 단부를 세차운동시키는 엄지부 구동유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인간형 로봇 손.
6. 제5항에 있어서,

   상기 검지부를 지지하는 베이스를 더 포함하고,

   상기 엄지부 구동유닛은,

   상기 베이스에 마련되며 상기 엄지부의 단부가 결합되는 회동축과, 상기 엄지부에 회동력을 제공하는 구동모터와, 상기 구동모터로부터 회동력을 전달받아 상기 회동축을 회전시키는 제1기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 인간형 로봇 손.
7. 제6항에 있어서,

   상기 엄지부 구동유닛은,

   상기 구동모터의 회전축에 장착되어 상기 제1기어와 베벨기어연결하는 제2기어와, 상기 회동축의 단부에 마련되며 상기 제1기어와 베벨기어연결하는 제3기어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인간형 로봇 손.

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