KR101302957B1

KR101302957B1 - 로봇 핸드

Info

Publication number: KR101302957B1
Application number: KR1020117014533A
Authority: KR
Inventors: 마사유키 카몬; 유키 다카야마
Original assignee: 가와사키 쥬코교 가부시키가이샤
Priority date: 2008-12-04
Filing date: 2009-12-04
Publication date: 2013-09-06
Also published as: WO2010064708A1; US20110241369A1; KR20110094083A; EP2380713B1; EP2380713A4; EP2380713A1

Abstract

로봇 핸드는, 모터로부터의 회전동력이 입력되는 유성기어 유닛(44)과, 유성기어 유닛(44)으로부터 출력되는 회전동력이 전달되는 제1 및 제2 구동축(3, 4)과, 제1 및 제2 구동축(3, 4)에 각각 구동되는 제1 및 제2 관절(9, 13)을 가진 핑거를 구비하고 있다. 유성기어 유닛(44)은, 태양기어와, 태양기어의 외치에 서로 맞물리는 유성기어와, 유성기어의 공전에 연동하도록 유성기어에 접속된 유성 아암(68)과, 유성기어의 자전에 연동하도록 유성기어의 외치에 서로 맞물리는 내치기어(67)를 갖추며, 태양기어가 모터(31)에 접속되고, 유성 아암(68)이 제1 구동축(3)에 접속되며, 내치기어(67)가 제2 구동축(4)에 접속되고, 내치기어(67)의 운동저항을 유성 아암(68)의 운동저항보다도 크게 하는 저항발생수단이 설치되어 있다.

Description

로봇 핸드 {ROBOT HAND}

본 발명은, 복수의 핑거를 가진 로봇 핸드에 관한 것이다.

종래부터, 제조현장 등에서 워크(work) 보관장소로부터 목적으로 하는 워크를 파지(把持)해서 취출하기 위한 로봇 핸드가 알려져 있다. 이 로봇 핸드에는 여러 가지 기구로 된 것이 있는바, 예컨대 1쌍의 핑거를 하나의 모터로 구동하는 연동(連動) 구동 핸드나, 1개의 핑거에 대해 1개의 구동축이 설치된 단축(單軸) 평행 링크 핸드 등이 존재한다. 그러나, 연동 구동 핸드에서는, 중량이 있는 워크가 1쌍의 핑거 사이의 중앙에 위치되어 있지 않은 경우에는, 워크가 먼저 한쪽 핑거에만 닿게 되면, 그 항력(抗力)에 의해 모터가 움직일 수 없게 되어, 워크를 확실하게 파지할 수 없게 된다. 또, 단축 평행 링크 핸드는, 핑거가 평행을 유지한 채 근접(近接)/이반(離反)하는 구성이기 때문에, 각형(角型)의 워크를 안정되게 파지할 수는 있으나, 환형(丸型)의 워크 등은 안정되게 파지할 수 없게 된다.

그와 같은 문제를 감안해서, 근래에는 1개의 핑거에 대해 복수의 모터에 의해 각각 제어되는 복수의 구동축이 설치된 다축(多軸) 평행 링크 핸드의 요구가 높아지고 있다. 이 다축 평행 링크 핸드에 의하면, 핑거를 워크의 형상과 비슷해지도록 형상을 변화시킬 수 있어, 다양한 형상의 워크를 안정되게 보유지지(hold)할 수 있게 된다. 그러나, 워크의 형상에 대응해서 복수의 구동축의 동작을 개별로 제어할 필요가 있어, 제어가 복잡하게 된다고 하는 문제가 남게 된다. 그래서, 핑거를 구성하는 복수의 관절을 각각 구동하는 복수의 구동축을 기계적으로 연동시켜, 1개의 모터로 복수의 관절을 동작시키는 시리얼형(serial type)의 로봇 핸드가 제공되어 있다(예컨대, 일본국 특허 제3179464호 공보 참조). 이와 같은 로봇 핸드에 의하면, 복잡한 제어를 수반하지 않고, 핑거를 워크의 형상과 비슷해지도록 형상을 변화시키는 것이 가능하게 된다.

그런데, 흐트러지게 쌓여 있는 워크나 칸막이 판으로 칸막이된 상자에 수용된 워크를 취출하는 경우에는, 그 근소한 간극에 핑거의 핑거 끝(指先)을 삽입해서 워크를 파지해야 한다. 그러나, 시리얼형의 로봇 핸드에서는, 핑거가 협지동작을 실행할 때, 핑거 근원(指根源) 측의 관절의 동작에 기계적으로 연동해서 핑거 끝 측의 관절도 동작하게 된다. 그러면, 핑거 끝이 구부러진 상태로 핑거를 간극에 삽입하지 않으면 안되는바, 로봇 조작이 곤란해지는 경우가 생기게 된다. 따라서, 1개의 모터로 복수의 관절을 구동하면서도, 핑거 근원 측의 관절과 핑거 끝 측의 관절을 서로 연동시키지 않고 개별로 구동할 수 있게 하고, 핑거 근원 측의 관절이 동작할 때에 핑거 끝이 구부러지지 않도록 하는 것이 요망되고 있다.

또, 일본국 특허공개공보 2002-103269호에 개시된 핸드에서는, 입력된 동력을 복수의 핑거에 개별적인 경로를 통해 부여하고, 어떠한 핑거가 움직이지 않게 되어도 다른 핑거에 곧 이어서 동력을 부여할 수 있는 구성으로 되어 있다. 이것에 의하면, 1개의 핑거가 먼저 워크에 닿아 정지해도, 나머지 핑거는 워크에 닿을 때까지 계속 움직이기 때문에, 워크를 안정되게 파지할 수 있게 되어 있다.

그런데, 로봇 핸드를 이용하는 작업의 사이클 타임(cycle time)을 단축하는 것이 요망되고 있다. 만일 모터로부터 핑거에 전달되는 동력의 감속비를 작게 설정하면, 단순히 핑거의 동작속도를 올릴 수는 있으나, 감속비를 작게 하면 핑거가 워크를 파지하는 힘(토크)이 약해지게 된다.

또, 예컨대 사람-로봇 협조작업에 있어서, 로봇 핸드가 파지한 워크를 사람이 밀어냄으로써 그 워크의 위치를 조정하려고 하는 경우에, 사람에 의한 외력이 워크를 거쳐 핑거에 전달되면, 각 핑거의 파지력이 불균일해지게 된다. 이와 같은 경우에, 각 핑거의 파지력을 균일하게 유지시켜 유연한 파지동작을 실행하고자 하면, 복잡한 제어가 필요하게 된다.

일본국 특허 제3179464호 공보 일본국 특허공개공보 2002-103269호 공보

그래서, 제1 특징에 기초를 둔 본 발명은, 간소한 구성으로 핑거가 핑거 근원으로부터 핑거 끝에 걸쳐 순차로 구부러지는 동작을 실현할 수 있도록 하는 것을 목적으로 하고 있다.

또, 제2 특징에 기초를 둔 본 발명은, 파지력을 약하게 하는 일 없이 간단히 작업시간을 단축시켜, 유연한 파지동작을 실행하도록 하는 것을 목적으로 하고 있다.

제1 특징에 기초를 둔 본 발명은, 상기 사정을 감안해서 이루어진 것으로, 본 발명에 따른 로봇 핸드는, 동력원으로부터의 회전동력이 입력되는 유성기어 유닛과, 상기 유성기어 유닛으로부터 출력되는 회전동력이 전달되는 제1 및 제2 구동축과, 상기 제1 구동축에 의해 구동되는 제1 관절과, 상기 제1 관절의 핑거 끝 측에 설치된 제1 핑거 요소와, 상기 제1 핑거 요소의 핑거 끝 측에 설치되어 상기 제2 구동축에 의해 구동되는 제2 관절과, 상기 제2 관절의 핑거 끝 측에 설치된 제2 핑거 요소를 가진 핑거를 갖추되, 상기 유성기어 유닛은, 태양기어와, 상기 태양기어의 외치(外齒)에 서로 맞물리는 유성기어와, 상기 유성기어의 공전(公轉)에 연동하도록 상기 유성기어에 접속된 유성 아암과, 상기 유성기어의 자전(自轉)에 연동하도록 상기 유성기어의 외치에 서로 맞물리는 내치(內齒)기어를 갖추며, 상기 태양기어, 상기 유성 아암 및 상기 내치기어의 어느 하나를 동력 입력부로 하고, 다른 2개를 각각 제1 동력 출력부 및 제2 동력 출력부로 하되, 상기 동력 입력부가 상기 동력원에 동력을 전달할 수 있게 접속되고, 상기 제1 동력 출력부가 상기 제1 구동축에 동력을 전달할 수 있게 접속되며, 상기 제2 동력 출력부가 상기 제2 구동축에 동력을 전달할 수 있게 접속되고, 상기 제2 동력 출력부의 운동저항을 상기 제1 동력 출력부의 운동저항보다도 크게 하는 저항발생수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 의하면, 유성기어 유닛의 동력 입력부에 입력된 회전동력이 제1 동력 출력부와 제2 동력 출력부로 분류(分流)되어, 제1 동력 출력부 및 제2 동력 출력부 중 어느쪽인가 한쪽이 회전할 수 없게 되어도, 어느쪽인가 다른 쪽이 회전할 수 있기 때문에, 제1 구동축과 제2 구동축이 개별적으로 회전할 수 있게 된다. 그리고, 제2 동력 출력부의 운동저항은 제1 동력 출력부의 운동저항보다도 크기 때문에, 제1 동력 출력부의 회전운동이 제2 동력 출력부의 회전운동보다도 우선해서 실행된다. 그러면, 동력원으로부터의 회전동력을 동력 입력부에 전달하는 것만으로, 제1 관절이 제2 관절보다도 우선해서 움직여, 제1 핑거 요소가 제2 핑거 요소보다도 우선해서 움직이게 된다. 따라서, 특별한 제어를 실행하지 않고, 핑거가 핑거 근원으로부터 핑거 끝에 걸쳐 순차로 구부러지는 동작을 실현할 수 있게 된다.

상기 운동저항은, 상기 제1 동력 출력부가 동작할 수 없게 된 후에 상기 제2 동력 출력부가 동작할 수 있도록 설정되어 있고, 상기 동력 입력부에 회전동력이 전달된 때, 상기 제1 핑거 요소가 워크로부터의 항력에 의해 이동할 수 없게 된 후에 상기 제2 핑거 요소가 워크를 향해 이동하도록 구성되어 있어도 좋다.

상기 구성에 의하면, 제1 관절이 구동되어 핑거 근원 측의 제1 핑거 요소가 이동하더라도, 제2 관절은 구동되지 않아 핑거 끝 측의 제2 핑거 요소가 이동하지 않기 때문에, 핑거에 의한 워크의 파지동작 시에 핑거를 근소한 간극에 삽입하기 쉽게 된다. 따라서, 흐트러지게 쌓여 있는 워크나 칸막이 판으로 칸막이된 상자에 수용된 워크도 용이하게 파지해서 취출할 수 있게 된다. 또, 핑거 근원 측의 제1 핑거 요소로 워크를 협지한 후에는, 핑거 끝 측의 제2 핑거 요소가 워크를 협지하고, 핑거가 워크의 형상과 비슷해지도록 형상 변화하기 때문에, 다양한 형상의 워크를 안정되게 보유지지할 수 있게 된다.

상기 저항발생수단은, 상기 제2 동력 출력부로부터 상기 제2 구동축까지의 제2 동력전달기구에서의 동력전달저항을, 상기 제1 동력 출력부로부터 상기 제1 구동축까지의 제1 동력전달기구에서의 동력전달저항보다도 크게 함으로써 구성되어도 좋다.

상기 구성에 의하면, 제1 동력전달기구에서의 동력전달저항과 제2 동력전달기구에서의 동력전달저항과의 사이에 차이를 두는 것만으로(예컨대, 동력전달기구로 사용되는 기어의 수를 제1 동력전달기구와 제2 동력전달기구 사이에서 달라지게 하는 등), 용이하게 제2 동력 출력부의 운동저항을 제1 동력 출력부의 운동저항보다도 크게 할 수 있게 된다.

상기 저항발생수단은, 상기 제2 동력 출력부로부터 상기 제2 구동축까지의 동력전달경로에 존재하는 부재에 접촉저항을 부여하는 볼 플런저(ball plunger)로 해도 좋다.

상기 구성에 의하면, 볼 플런저의 볼을 제2 동력 출력부로부터 상기 제2 구동축까지의 동력전달경로에 존재하는 부재에 접촉시킴으로써, 제2 동력 출력부에 소정의 운동저항을 용이하게 부여할 수 있게 된다. 더구나, 볼 플런저의 볼은 구르기 때문에, 상기 동력전달경로에 존재하는 부재의 마모도 억지(抑止)할 수 있게 된다.

상기 저항발생수단은, 상기 제2 동력 출력부로부터 상기 제2 구동축까지의 동력전달경로에 존재하는 부재에 회전저항을 부여하는 스프링이어도 좋다.

상기 구성에 의하면, 스프링의 탄성력에 의해 제2 동력 출력부로부터 상기 제2 구동축까지의 동력전달경로에 존재하는 부재에 회전저항을 부여함으로써, 제2 동력 출력부에 운동저항을 쉬우면서 싼 가격으로 부여할 수 있게 된다.

상기 제1 동력 출력부 또는 제2 동력 출력부와 상기 제1 구동축 또는 제2 구동축 사이에 제2 유성기어 유닛이 설치되고, 상기 제2 유성기어 유닛의 동력 입력부에, 상기 제1 동력 출력부 또는 제2 동력 출력부가 동력을 전달할 수 있게 접속되며, 상기 제2 유성기어 유닛의 제1 동력 출력부에 상기 제1 구동축 또는 상기 제2 구동축이 동력을 전달할 수 있게 접속되고, 상기 제2 유성기어 유닛의 제2 동력 출력부에 제3 구동축이 동력을 전달할 수 있게 접속되어 있어도 좋다.

상기 구성에 의하면, 유성기어 유닛이 2개 연결되어 설치되어 있기 때문에, 1개의 동력원으로부터의 회전동력이 3곳으로 분류되게 된다. 따라서, 1개의 동력원으로부터의 회전동력으로 제1∼제3 구동축을 각각 독립해서 구동할 수 있게 된다.

이상의 설명으로부터 알 수 있듯이, 제1 특징에 기초를 둔 본 발명에 의하면, 특별한 제어를 실행하지 않고, 핑거가 핑거 근원으로부터 핑거 끝에 걸쳐 순차로 구부러지는 동작을 실현할 수 있게 된다.

제2 특징에 기초를 둔 본 발명은 상기 사정을 감안해서 이루어진 것으로, 본 발명에 따른 로봇 핸드는, 복수의 핑거와, 상기 복수의 핑거에 각각 회전동력을 전달하는 복수의 유성기어 유닛을 갖추되, 상기 유성기어 유닛은, 태양기어와, 상기 태양기어의 외치에 서로 맞물리는 유성기어와, 상기 유성기어의 공전에 연동하도록 상기 유성기어에 접속된 유성 아암과, 상기 유성기어의 자전에 연동하도록 상기 유성기어의 외치에 서로 맞물리는 내치기어를 갖추며, 상기 태양기어, 상기 유성 아암 및 상기 내치기어 중 어느 하나를 동력 입력부로 하고, 다른 2개를 각각 제1 동력 출력부 및 제2 동력 출력부로 하며, 상기 복수의 유성기어 유닛의 상기 동력 입력부가 동력원에 동력을 전달할 수 있게 접속되고, 상기 복수의 유성기어 유닛 중 1개의 상기 제1 동력 출력부가 상기 복수의 핑거의 중 1개에 동력을 전달할 수 있게 접속되며, 상기 복수의 유성기어 유닛 중 다른 1개의 상기 제1 동력 출력부가 상기 복수의 핑거의 중 다른 1개에 동력을 전달할 수 있게 접속되고, 상기 복수의 유성기어 유닛 중 하나의 상기 제2 동력 출력부는, 상기 복수의 핑거가 서로 근접/이반하는 방향으로 동력을 전달할 수 있도록, 상기 복수의 유성기어 유닛 중 다른 하나의 상기 제2 동력 출력부에 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 의하면, 복수의 핑거가 워크에 닿지 않은 상태에서는, 복수의 유성기어 유닛의 제1 동력 출력부가 각각 복수의 핑거를 구동해서 핑거가 파지동작을 실행하게 된다. 즉, 어느 핑거도 워크가 닿아 있지 않은 상태에서는, 핑거가 통상적인 속도로 동작하여, 핑거의 위치맞춤조작을 실행하기 쉽게 되어 있다. 그리고, 복수의 핑거 중 어느 하나가 워크에 닿게 되면, 그 핑거를 구동하는 유성기어 유닛의 제1 동력 출력부는 정지되고, 제2 동력 출력부가 회전동작을 하게 된다. 그 제2 동력 출력부의 회전동력은, 다른 유성기어 유닛의 제2 동력 출력부에 전달되어, 그 다른 유성기어 유닛의 제1 동력 출력부의 회전동력에 가해진다. 즉, 복수의 핑거 중 어느 하나가 워크에 닿게 되면, 다른 핑거는 특별한 제어를 수반하지 않고 자동적으로 이제까지보다도 빠르게 구동되어, 모든 핑거에 의한 워크의 파지가 완료된다.

따라서, 구동원으로부터의 회전동력을 감속기로 감속하는 경우에, 핑거의 동작속도를 높이기 위해 감속비를 작게 할 필요가 없게 된다. 그 결과, 핑거에 의한 워크를 파지하는 힘(토크)을 작게 하는 일없이 간단히 작업시간을 단축할 수 있게 된다. 그리고, 이 기구에 의하면, 워크를 파지한 상태에서 얼마간의 외력이 어떤 핑거에 가해진 경우에, 그 핑거에 대응하는 유성기어 유닛의 제2 동력 출력부로부터 다른 유성기어 유닛의 제2 동력 출력부로 동력이 흐르기 때문에, 특별한 제어를 수반하지 않고 자동적으로 각 핑거의 파지력이 균일하게 유지되도록 작용하게 된다. 따라서, 예컨대, 사람-로봇 협조작업에 있어서, 로봇 핸드가 파지한 워크를 사람이 밀어냄으로써 그 워크의 위치를 조정하려고 하는 경우에도 유연한 파지동작을 실행할 수 있게 된다.

상기 핑거는, 3개 이상 설치되어 있고, 상기 유성기어 유닛은, 상기 핑거 1개마다 직렬형상으로 복수개 설치되되, 상기 직렬형상의 복수의 유성기어 유닛 중 1개의 상기 제2 동력 출력부는, 인접하는 다른 상기 직렬형상의 복수의 유성기어 유닛 중 1개의 상기 제2 동력 출력부에 동력을 전달할 수 있게 접속되어 있고, 상기 직렬형상의 복수의 유성기어 유닛 중 다른 1개의 상기 제2 동력 출력부는, 반대 측에 인접하는 또 다른 상기 직렬형상의 복수의 유성기어 유닛 중 1개의 상기 제2 동력 출력부에 동력을 전달할 수 있게 접속되어 있으며, 상기 복수의 핑거를 각각 구동하는 상기 복수의 유성기어 유닛의 상기 제2 동력 출력부는, 서로 순환하도록 동력을 전달할 수 있게 접속되어 있어도 좋다.

상기 구성에 의하면, 핑거가 3개 이상 있는 경우라도, 핑거 1개마다 복수의 유성기어 유닛을 직렬로 접속하고, 핑거마다 설치한 각 유성기어 유닛의 제2 동력 출력부끼리를 서로 접속함으로써, 간단한 구성으로 작업시간의 단축화를 도모할 수 있다. 더구나, 핑거마다 설치한 각 유성기어 유닛의 제2 동력 출력부끼리는 순환적으로 접속되어 있기 때문에, 예컨대 핑거가 3개 있는 경우 2개의 핑거가 정지하면, 그 2개의 핑거를 위한 구동력의 양쪽이 나머지 1개의 핑거를 위한 구동력에 더해져서 파지작업의 완료 직전의 핑거 동작을 보다 더 고속화할 수 있게 된다.

상기 직렬형상의 복수의 유성기어 유닛은, 서로의 회전축선이 평행하면서 역방향으로 되도록 나란히 2개가 설치되고, 상기 제2 동력 출력부에는 외치부가 일체적으로 설치되어 있으며, 상기 직렬형상의 복수의 유성기어 유닛 중 상류 측 유성기어 유닛의 상기 제2 동력 출력부의 상기 외치부가 인접하는 다른 상기 직렬형상의 복수의 유성기어 유닛 중 하류 측 유성기어 유닛의 상기 제2 동력 출력부의 상기 외치부에 서로 맞물려 있어도 좋다.

상기 구성에 의하면, 직렬형상의 복수의 유성기어 유닛은, 서로의 회전축선이 평행으로 되도록 나란히 2개가 설치되어 있기 때문에, 로봇 핸드의 전체 길이를 컴팩트화할 수 있다. 또, 직렬형상의 복수의 유성기어 유닛은 서로 역방향으로 되도록 배치되고, 제2 동력 출력부의 외치부에 의해 직접 맞물려져 있기 때문에, 동력전달용 기어의 사용 개수를 줄일 수 있게 된다.

상기 핑거 및 그를 구동하는 상기 유성기어 유닛은, 각각 4개 이상의 짝수개 설치되어 있고, 상기 4개의 유성기어 유닛의 상기 제2 동력 출력부는, 중계기어를 개재하여 서로 순환하도록 동력을 전달할 수 있게 접속되어 있어도 좋다.

상기 구성에 의하면, 핑거 및 유성기어 유닛이 4개 이상의 짝수개이기 때문에, 각 핑거가 서로 근접/이반하는 방향으로 동력을 전달할 수 있도록, 제2 동력 출력부끼리를 중계기어를 개재하여 용이하게 접속할 수 있어, 로봇 핸드를 컴팩트화할 수 있다.

이상의 설명으로부터 알 수 있듯이, 제2 특징에 기초를 둔 본 발명에 의하면, 파지력을 약하게 하는 일 없이 간단히 작업시간을 단축하고, 유연한 파지동작을 실행할 수 있게 된다.

이상의 설명으로부터 알 수 있듯이, 제1 특징에 기초를 둔 본 발명에 의하면, 특별한 제어를 실행하지 않고, 핑거가 핑거 근원으로부터 핑거 끝에 걸쳐 순차로 구부러지는 동작을 실현할 수 있고, 제2 특징에 기초를 둔 본 발명에 의하면, 파지력을 약하게 하는 일 없이 간단히 작업시간을 단축하고, 유연한 파지동작을 실행할 수 있게 된다.

도 1은 제1 특징에 기초를 둔 본 발명의 제1실시형태에 따른 로봇 핸드의 평면도이다.
도 2는 도 1의 II-II선 단면도이다.
도 3은 도 1의 III-III선 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 로봇 핸드의 유성기어 유닛의 모식도이다.
도 5는 도 4에 도시된 유성기어 유닛의 모식적 단면도이다.
도 6은 도 1에 도시된 로봇 핸드의 오른쪽 반분을 나타낸 동작도이다.
도 7은 제1 특징에 기초를 둔 본 발명의 제2실시형태에 따른 로봇 핸드의 도 3에 상당하는 도면이다.
도 8은 도 7에 도시된 로봇 핸드의 볼 플런저의 단면도이다.
도 9는 제1 특징에 기초를 둔 본 발명의 제3실시형태에 따른 로봇 핸드의 유성기어 유닛의 모식적 단면도이다.
도 10은 제2 특징에 기초를 둔 본 발명의 제4실시형태에 따른 로봇 핸드의 정면도이다.
도 11은 도 10의 XI-XI선 단면도로서, 로봇 핸드의 구동부를 나타낸 도면이다.
도 12는 도 10에 도시된 로봇 핸드의 파지동작을 설명하는 도면이다.
도 13은 제2 특징에 기초를 둔 본 발명의 제5실시형태에 따른 로봇 핸드의 상면도이다.
도 14는 도 13에 도시된 로봇 핸드의 전개도이다.
도 15는 제2 특징에 기초를 둔 본 발명의 제6실시형태에 따른 로봇 핸드의 상면도이다.
도 16은 도 15에 도시된 로봇 핸드의 전개도이다.
도 17은 제2 특징에 기초를 둔 본 발명의 제7실시형태에 따른 로봇 핸드의 상면도이다.
도 18은 도 17에 도시된 로봇 핸드의 전개도이다.

이하, 제1 특징에 기초를 둔 본 발명에 따른 제1 내지 제3실시형태에 대해, 도면을 참조해서 설명한다.

(제1실시형태)

제1 특징에 기초를 둔 본 발명의 제1실시형태에 따른 로봇 핸드(1)에 대해 설명한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 로봇 핸드(1)는, 케이싱(2)과, 그 케이싱(2)에 설치된 좌우 1쌍의 핑거(F1, F2)를 갖추고, 케이싱(2)을 상업용 로봇(도시되지 않음)의 아암 선단(先端)에 부착하여 사용하는 것이다. 한편, 도 1에서는 보기 쉽게 하기 위해, 도면 중 오른쪽에 핑거(F1)의 구동축(3, 4)보다 동력전달 하류(下流)의 링크 구조를 주로 도시하고, 도면 중 왼쪽에 핑거(F2)의 구동축(3, 4)보다 동력전달 상류(上流)의 기어 구조를 주로 도시하고 있는바, 좌우의 핑거(F1, F2)는 좌우 대칭의 거의 동일한 구성으로 되어 있다.

먼저, 핑거(F1, F2)의 링크 구조에 대해 설명한다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 케이싱(2)에는 제2 구동축(4)이 베어링(6)을 개재하여 회전을 자유롭게 할 수 있게 지지되어 있고, 그 제2 구동축(4)에 핑거 근원 부재(8)의 일단부가 베어링(7)을 개재하여 회전을 자유롭게 할 수 있게 지지되어 있다. 핑거 근원 부재(8)의 타단부에는, 제1 관절축(9; 제1 관절)이 베어링(10)을 개재하여 회전을 자유롭게 할 수 있게 지지되어 있다. 제1 관절축(9)에는, 지복부재(指腹部材: 핑거 복판 부재)(12; 제1 핑거 요소)가 베어링(11)을 개재하여 회전을 자유롭게 할 수 있게 지지되어 있다. 지복부재(12)는, 핑거 근원 측의 일단부가 다른 한쪽의 핑거(F2)로부터 이반(離反)하도록 경사지게 굴곡된 형상으로 되어 있으며, 그 굴곡부(12a)에 제1 관절축(9)이 지지되어 있다. 지복부재(12)의 타단부에는, 제2 관절축(13; 제2 관절)이 베어링(14)을 개재하여 회전을 자유롭게 할 수 있게 지지되어 있다. 제2 관절축(13)에는, 핑거 끝 부재(15; 제2 핑거 요소)의 일단부가 회전을 자유롭게 할 수 있게 지지되어 있다.

도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 케이싱(2)에는, 제2 구동축(4)에 대해 핑거(F1)의 핑거 끝으로부터 떨어진 측이면서 다른 한쪽의 핑거(F2)로부터 떨어진 측에 있어서, 제2 구동축(4)과 평행한 축선을 가진 제1 구동축(3)이 베어링(5)을 개재하여 회전을 자유롭게 할 수 있게 지지되어 있다. 제1 구동축(3)에는, 대판형상(帶板形狀)의 링크부재(16)의 일단부가 회전을 자유롭게 할 수 있게 지지되어 있다. 링크부재(16)의 타단부에는, 회전축(17)이 베어링(18)을 개재하여 회전을 자유롭게 할 수 있게 지지되어 있다. 회전축(17)에는, 지복부재(12)의 일단부가 회전을 자유롭게 할 수 있게 지지되어 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 구동축(4)에는, 링크부재(19)의 일단부가 일체적으로 접속되어 있다. 링크부재(19)의 타단부에는 회전축(20)이 베어링(21)을 개재하여 회전을 자유롭게 할 수 있게 지지되어 있다. 회전축(20)에는, 링크부재(22)의 일단부가 회전을 자유롭게 할 수 있게 지지되어 있다. 링크부재(22)의 타단부에는, 회전축(23)이 회전을 자유롭게 할 수 있게 지지되어 있다. 회전축(23)에는, 링크부재(25)의 일단부가 베어링(24)을 개재하여 회전을 자유롭게 할 수 있게 지지되어 있다. 링크부재(25)의 타단부는 제1 관절축(9)에 회전을 자유롭게 할 수 있게 지지되어 있다.

도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 링크부재(25)의 중간부에는, 회전축(26)이 베어링(27)을 개재하여 회전을 자유롭게 할 수 있게 지지되어 있다. 회전축(26)에는 링크부재(28)의 일단부가 회전을 자유롭게 할 수 있게 지지되어 있다. 링크부재(28)의 타단부는, 핑거 끝 부재(15)가 회전축(29)을 개재하여 회전을 자유롭게 할 수 있게 지지되어 있다. 핑거 끝 부재(15)는, 다른 한쪽의 핑거(F2)에서 떨어지도록 돌출한 돌출부(15a)를 갖추고, 회전축(29)이 그 돌출부(15a)에 지지되어 있다.

이상의 링크구조에 의하면, 예컨대 오른쪽 핑거(F1)의 제1 구동축(3)이 도 1에서 시계회전방향으로 회전하면, 링크부재(16)가 시계회전방향으로 기울어져 움직이고, 제1 관절축(9)이 있는 제1 관절을 굴곡시키면서 지복부재(12)가 오른쪽으로 평행이동하게 된다. 그리고, 핑거(F1)의 제2 구동축(4)이 도 1에서 반시계회전방향으로 회전하면, 링크부재(19)가 반시계회전방향으로 기울어져 움직이고, 링크부재(22, 25, 28)를 개재하여 핑거 끝 부재(15)가 반시계회전방향으로 기울어져 움직인다.

다음에는, 핑거(F1, F2)의 기어 구조에 대해 설명한다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 케이싱(2)에는, 제1 및 제2 구동축(3, 4)과 거의 평행한 출력축(32)을 가진 모터(31; 동력원)가 설치되어 있다. 이 모터(31)에는, 콘트롤러(도시되지 않음)가 접속되어 있고, 당해 콘트롤러로부터의 지령으로 모터(31)가 구동되도록 되어 있다. 모터(31)의 출력축(32)에는, 케이싱(33)에 베어링(34)을 개재하여 회전을 자유롭게 할 수 있게 지지된 제1 기어(35)가 고정되어 있다. 제1 기어(35)에는, 케이싱(33)에 베어링(38)을 개재하여 회전을 자유롭게 할 수 있게 지지된 제2 기어(40)가 서로 맞물려 있다. 제2 기어(40)의 중심에는 기어 축(37)이 고정되어 있는바, 그 기어 축(37)은 케이싱(36)에 베어링(39)을 개재하여 회전을 자유롭게 할 수 있게 지지되어 있다.

도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 기어(40)에는, 케이싱(33)에 베어링(42)을 개재하여 회전을 자유롭게 할 수 있게 지지된 제3 기어(41)가 서로 맞물려 있다. 제3 기어(41)의 중심에는 기어 축(43)이 고정되어 있다. 기어 축(43)은, 케이싱(2, 36)에 지지된 유성기어 유닛(44)에 입력축으로서 접속되어 있다.

도 4는 도 1에 도시된 로봇 핸드(1)의 유성기어 유닛(44)의 모식도이다. 도 5는 도 4에 도시된 유성기어 유닛(44)의 모식적 단면도이다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 유성기어 유닛(44)은, 기어 축(43)이 입력축으로서 일체적으로 접속되는 태양기어(65)와, 태양기어(65)의 외치에 서로 맞물리는 복수의 유성기어(66)와, 유성기어(66)의 공전에 연동하도록 유성기어(66)에 접속된 유성 아암(68)과, 유성기어(66)의 자전에 연동하도록 유성기어(66)의 외치에 서로 맞물리는 내치기어(67)를 갖고 있다. 그리고, 태양기어(65)를 동력 입력부로 하고, 유성 아암(68)을 제1 동력 출력부로 하며, 내치기어(67)를 제2 동력 출력부로 하고 있다.

다시 도 3으로 돌아가면, 유성기어 유닛(44)의 유성 아암(68)에는, 제1 파동기어 감속기(48)의 입력부(49)가 일체적으로 접속되어 있다. 제1 파동기어 감속기(48)의 출력부(50)는 제1 구동축(3)에 일체적으로 접속되어 있다. 유성기어 유닛(44)의 내치기어(67; 도 4 및 도 5 참조)에는, 케이싱(36)에 베어링(45)을 개재하여 회전을 자유롭게 할 수 있게 지지된 제4 기어(46)가 일체적으로 바깥에서 끼워져 있다. 제4 기어(46)에는 제5 기어(51; 도 2 참조)가 맞물려져 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제5 기어(51)의 중심에는 기어 축(53)이 고정되어 있고, 그 기어 축(53)은 케이싱(36)에 베어링(52)을 개재하여 회전을 자유롭게 할 수 있게 지지되어 있다. 기어 축(53)에는, 제2 파동기어 감속기(55)의 입력부(56)가 일체적으로 접속되어 있다. 제2 파동기어 감속기(55)의 출력부(57)는 제2 구동축(4)에 일체적으로 접속되어 있다.

이상의 기어 구조에 의하면, 모터(31)로부터의 회전동력이, 제1∼제3 기어(35, 40, 41) 및 기어 축(43)을 개재하여 유성기어 유닛(44)의 태양기어(65)에 입력되고, 그 회전동력이 유성기어 유닛(44)에 있어서 유성 아암(68)과 내치기어(67)의 2곳으로 분류(分流)되어 출력된다. 그리고, 유성 아암(68)의 회전동력이 제1파동기어 감속기(48)를 포함하는 제1 동력전달기구(61)를 개재하여 제1 구동축(3)을 회전구동하고, 내치기어(67)의 회전동력이 제4 기어(46), 제5 기어(51) 및 제2 파동기어 감속기(55)를 포함하는 제2 동력전달기구(62)을 개재하여 제2 구동축(4)을 회전구동한다. 즉, 제2 동력전달기구(62)에는, 제1 동력전달기구(61)에 비해 동력전달저항으로 되는 기어(예컨대, 제4 기어(46) 등)가 많이 설치됨으로써, 제2 동력전달기구(62)의 동력전달저항이 제1 동력전달기구(61)의 동력전달저항보다도 크게 되어 있고, 이에 의해 내치기어(67)의 운동저항을 유성 아암(68)의 운동저항보다도 크게 하는 저항발생수단이 구성되어 있다.

따라서, 유성 아암(68)에 부하가 걸려 있지 않은 상태(예컨대, 유성 아암(68)에 동력을 전달할 수 있게 접속된 지복부재(12)에 워크로부터의 반력 등이 걸려 있지 않은 상태)에서는, 태양기어(65)의 회전동력이 모두 유성 아암(68)에 전달되어 내치기어(67)는 회전하지 않게 된다. 즉, 제2 구동축(4)이 회전하지 않아 핑거 끝 부재(15)가 기울어져 움직이지 않는 상태에서, 제1 구동축(3)이 회전해서 지복부재(12)가 평행이동한다. 한편, 유성 아암(68)에 부하가 걸린 상태(예컨대, 유성 아암(68)에 동력을 전달할 수 있게 접속된 지복부재(12)에 워크로부터의 반력 등이 걸린 상태)에서는, 당해 부하가 제2 동력전달기구(62)의 동력전달저항을 넘음으로써, 내치기어(67)가 회전하기 시작하고, 태양기어(65)의 회전동력이 내치기어(67)로 분류되며, 제2 구동축(4)이 회전구동해서 핑거 끝 부재(15)가 기울어져 움직인다.

다음에는, 로봇 핸드(1)가 워크를 파지하는 동작에 대해 설명한다. 도 6은 도 1에 도시된 로봇 핸드(1)의 오른쪽 반분(半分)만을 나타낸 동작도이다. 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 로봇 핸드(1)는 초기상태에서 핑거(F1)의 핑거 근원 부재(8), 지복부재(12) 및 핑거 끝 부재(15)가 일직선상에 나란히 배열된 핑거가 오므려진 상태로 되어 있다. 다음에, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 콘트롤러(도시되지 않음)에 의해 모터(31; 도 1 등 참조)에 핑거를 펴는 동작이 지령되면, 내치기어(67; 도 3 참조)에 의한 운동저항으로 제2 구동축(4)은 회전하지 않고, 제1 구동축(3)이 시계회전방향으로 회전한다. 그러면, 지복부재(12)와 핑거 끝 부재(15)가 일직선상에 나란히 배열된 채, 다른 한쪽의 핑거(F2; 도 1 참조)로부터 떨어지도록 평행이동하여, 지복부재(12)와 핑거 근원 부재(8)가 직교하는 상태로 된 최대로 펴진 위치에서 정지한다.

다음에는, 도 6의 (c)에 도시된 바와 같이, 콘트롤러(도시되지 않음)에 의해 모터(31; 도 1 등 참조)에 핑거를 오므리는 동작이 지령되면, 제2 동력전달기구(62)의 동력전달저항이 제1 동력전달기구(61)의 동력전달저항보다도 큼으로써 제2 구동축(4)은 회전하지 않고, 제1 구동축(3)이 반시계회전방향으로 회전한다. 그러면, 지복부재(12)와 핑거 끝 부재(15)가 일직선상에 나란히 배열된 채, 다른 한쪽의 핑거(F2; 도 1 참조)에 가까워지도록 평행이동해서 지복부재(12)가 워크(W)에 닿게 된다. 이때, 도 6에서는 도시되어 있지는 않으나, 다른 한쪽의 핑거(F2; 도 1 참조)의 지복부재(12)도 워크(W)의 반대 측에 닿게 된다.

이어서, 도 6의 (d)에 도시된 바와 같이, 지복부재(12)가 워크(W)로부터의 항력으로 그 이상 움직일 수 없게 되면, 제4 기어(46; 도 3 참조)의 토크가 제2 동력전달기구(62)의 동력전달저항을 이겨, 제2 구동축(4)이 반시계회전방향으로 회전할 수 있게 된다. 그러면, 핑거 끝 부재(15)가, 다른 한쪽의 핑거(F2; 도 1 참조)를 향해 기울어져 움직여(즉, 워크(W)를 향해 이동하여), 워크(W)에 닿아, 핑거(F1)가 워크(W)의 형상과 비슷해지도록 워크(W)를 파지한다. 이 파지상태에서, 로봇 핸드(1)가 설치된 상업용 로봇의 아암을 동작시켜 워크(W)를 소요(所要)의 장소로 이동시킨다.

다음에는, 도 6의 (e)에 도시된 바와 같이, 콘트롤러(도시되지 않음)에 의해 모터(31; 도 1 등 참조)에 핑거를 펴는 동작이 지령되면, 제1 구동축(3)이 시계회전방향으로 회전해서, 지복부재(12) 및 핑거 끝 부재(15)가 다른 한쪽의 핑거(F2; 도 1 참조)로부터 떨어지도록 평행이동하고, 지복부재(12)와 핑거 근원 부재(8)가 직교하는 상태로 된 최대로 펴진 위치에서 정지한다. 그때, 제2 동력전달기구(62)의 동력전달저항에서 제2 구동축(4)은 회전하기 어렵지만, 링크 간섭에 의해 핑거 끝 부재(15)가 어느 정도 펴진 상태로 된다.

다음에는, 도 6의 (f)에 도시된 바와 같이, 모터(31; 도 1 참조)가 펴지는 방향으로 계속 구동됨으로써, 지복부재(12)는 최대로 펴진 위치에서는 그 이상 움직이지 않기 때문에, 제4 기어(46; 도 3 참조)의 토크가 커져 제2 동력전달기구(62)의 동력전달저항을 이겨, 제2 구동축(4)이 시계회전방향으로 회전하고, 핑거 끝 부재(15)가 지복부재(12)와 일직선상에 나란히 배열되는 위치까지 펴진다. 다음에, 도 6의 (g)에 도시된 바와 같이, 콘트롤러(도시되지 않음)에 의해 모터(31; 도 1 등 참조)에 핑거를 오므리는 동작이 지령되어, 초기상태로 되돌아간다.

이상에 설명한 구성에 의하면, 유성기어 유닛(44)의 태양기어(65)에 입력된 회전동력이 유성 아암(68)과 내치기어(67)로 분류되어 유성 아암(68)이 회전할 수 없게 되어도, 내치기어(67)가 회전할 수 있기 때문에, 제1 구동축(3)과 제2 구동축(4)이 개별적으로 회전할 수 있게 된다. 그리고, 내치기어(67)로부터 제2 구동축(4)까지의 제2 동력전달기구(62)에서의 동력전달저항은, 유성 아암(68)으로부터 제1 구동축(3)까지의 제1 동력전달기구(61)에서의 동력전달저항보다도 크기 때문에, 유성 아암(68)의 회전운동이 내치기어(67)의 회전운동보다도 우선해서 실행된다. 그러면, 모터(31)로부터의 회전동력을 태양기어(65)에 전달하는 것만으로, 지복부재(12)가 핑거 끝 부재(15)보다도 우선해서 작동하게 된다. 따라서, 특별한 제어를 실행하지 않고, 제1 관절축(9)을 제2 관절축(13)보다 우선해서 움직이게 할 수 있어, 핑거(F1, F2)가 핑거 근원으로부터 핑거 끝에 걸쳐 순차로 구부러지는 동작을 실현할 수 있게 된다.

또, 제1 관절축(9)이 구동되어 지복부재(12)가 이동해도, 제2 관절축(13)은 구동되지 않아 핑거 끝 부재(15)가 이동하지 않기 때문에, 핑거(F1, F2)에 의한 워크(W)의 파지동작 시에 핑거(F1, F2)를 근소한 간극에 삽입하기가 쉽게 된다. 따라서, 흐트러지게 쌓여 있는 워크나 칸막이 판으로 칸막이 되어 있는 상자에 수용된 워크도 용이하게 파지해서 취출할 수 있게 된다. 그리고, 지복부재(12)로 워크(W)를 협지한 후에는, 핑거 끝 부재(15)가 워크(W)를 협지하고, 핑거(F1, F2)가 워크의 형상과 비슷해지도록 형상 변화하기 때문에, 다양한 형상의 워크(W)를 안정되게 보유지지할 수 있게 된다.

(제2실시형태)

도 7은 제1 특징에 기초를 둔 본 발명의 제2실시형태에 따른 로봇 핸드(101)의 도 3에 상당하는 도면이다. 도 8은 도 7에 도시된 로봇 핸드(101)의 볼 플런저(70)의 단면도이다. 한편, 제1실시형태와 공통하는 구성에 대해서는 동일 부호를 붙이고 설명을 생략한다. 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 실시형태에서는, 내치기어(67)의 운동저항을 유성 아암(68)의 운동저항보다도 크게 하는 저항발생수단으로서 볼 플런저(70)가 설치되어 있다. 볼 플런저(70)는 제4 기어(46)에 강제로 밀어붙여져, 제4 기어(46)에 연동하는 내치기어(67)에 접촉저항을 부여하고 있다.

볼 플런저(70)는, 스프링 수용공간(73)을 가진 하우징(71)과, 하우징(71)의 선단에 형성된 개구부(71a)와, 개구부(71a)의 내경보다도 큰 외경을 가진 볼(72)과, 스프링 수용공간(73)에 배치되어 볼(72)의 일부를 개구부(71a)로부터 돌출시키도록 밀어붙이는 코일스프링(74)을 구비하고 있다. 볼(72)은 회전을 자유롭게 할 수 있게 설치되어 있고, 개구부(71a)로부터 출몰할 수 있게 되어 있다. 이 볼 플런저(70)는, 하우징(71)이 케이싱(33, 36)에 고정되고, 볼(72)이 코일스프링(74)의 탄성력에 의해 제4 기어(46)의 회전축선에 수직한 표면에 밀어붙여져 있다. 이에 ㄸ따라딸따 제4 기어(46)에는 볼(72)로부터의 압력에 의해 회전저항이 생겨, 내치기어(67)의 운동저항이 유성 아암(68)의 운동저항보다도 크게 되어 있다.

유성 아암(68)에 부하가 걸려 있지 않은 상태(예컨대, 유성 아암(68)에 동력을 전달할 수 있게 접속된 지복부재(12)에 워크로부터의 반력 등이 걸려 있지 않은 상태)에서는, 태양기어(65)의 회전동력이 모두 유성 아암(68)에 전달되어 내치기어(67)는 회전하지 않게 된다. 즉, 제2 구동축(4)이 회전하지 않고 핑거 끝 부재(15)가 기울어져 움직이지 않는 상태에서, 제1 구동축(3)이 회전해서 지복부재(12)가 평행이동하게 된다. 한편, 유성 아암(68)에 부하가 걸린 상태(예컨대, 유성 아암(68)에 동력을 전달할 수 있게 접속된 지복부재(12)에 워크로부터의 반력 등이 걸린 상태)에서는, 당해 부하가 볼 플런저(70)의 볼(72)의 제4 기어(46)에 대해 밀어붙이는 힘을 넘음으로써, 제4 기어(46)가 회전하기 시작하고, 태양기어(65)의 회전동력이 내치기어(67)로 분류되며, 제2 구동축(4)이 회전구동해서 핑거 끝 부재(15)가 기울어지는 동작을 하게 된다. 이때, 볼 플런저(70)의 볼(72)은 제4 기어(46)에 접촉하면서 구르므로, 제4 기어(46)의 마모가 억지된다.

한편, 다른 구성은 앞에서 설명한 제1실시형태와 마찬가지이기 때문에 설명을 생략한다. 또, 본 실시형태에서는, 저항발생수단인 볼 플런저(70)는, 제4 기어(46)에 닿아 접촉저항을 부여하고 있는바, 내치기어(67)로부터 제2 구동축(4)까지의 동력전달기구에 존재하는 부재라면, 다른 부재(예컨대, 제5 기어(51) 등)에 볼 플런저를 닿게 해서 접촉저항을 부여하도록 해도 좋다. 또, 볼 플런저(70)를 설치하는 대신, 내치기어(67)로부터 제2 구동축(4)까지의 동력전달경로에 존재하는 회전부재(예컨대, 제5 기어(51)의 중심에 고정된 기어 축(53))에 저항발생수단으로서 코일스프링(74)을 설치하고, 그 탄성력에 의해 상기 부재(예컨대, 기어 축(53))에 회전저항을 부여함으로써, 기어 축(53)에 연동하는 내치기어(67)의 운동저항을 유성 아암(68)의 운동저항보다도 크게 해도 좋다.

(제3실시형태)

도 9는 제1 특징에 기초를 둔 본 발명의 제3실시형태에 따른 로봇 핸드의 유성기어 유닛(44, 44A)의 모식적 단면도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 본 실시형태의 로봇 핸드는, 유성기어 유닛(44, 44A)을 2단으로 연결해서 회전동력을 3곳으로 분류하는 구성으로 되어 있다. 구체적으로는, 제1 유성기어 유닛(44)의 유성 아암(68)이, 제2 유성기어 유닛(44A)의 태양기어(65A)에 입력축으로서 접속되어 있다. 그리고, 제1 유성기어 유닛(44)의 내치기어(67)에 제1 구동축(도시되지 않음)이 동력을 전달할 수 있게 접속되고, 제2 유성기어 유닛(44A)의 유성 아암(68A)에 제2 구동축(도시되지 않음)이 동력을 전달할 수 있게 접속되며, 제2 유성기어 유닛(44A)의 내치기어(67A)에 제3 구동축(도시되지 않음)이 동력을 전달할 수 있게 접속되어 있다.

이들 제1∼제3 구동축은, 1개의 핑거가 가진 제1∼제3 관절(도시되지 않음)을 각각 구동하는 것으로, 제1 관절, 제2 관절, 제3 관절의 순서로 핑거 끝 측을 향해 배치되어 있다. 제1 유성기어 유닛(44)의 내치기어(67)가 제1 관절을 구동하는 제1 구동축에 접속되고, 제2 유성기어 유닛(44A)의 유성 아암(68A)이 제2 관절을 구동하는 제2 구동축에 접속되며, 제2 유성기어 유닛(44A)의 내치기어(67A)가 제3 관절을 구동하는 제3 구동축에 접속되어 있다. 그리고, 제1 유성기어 유닛(44)의 내치기어(67), 제2 유성기어 유닛(44A)의 유성 아암(68A), 제2 유성기어 유닛(44A)의 내치기어(67A)의 순으로 운동저항이 크게 되도록 설정되어 있다. 한편, 운동저항의 조정은, 앞에서 설명한 바와 같이, 기어 수나 볼 플런저나 스프링에 의해 용이하게 실시할 수 있다.

이와 같은 구성에 의하면, 유성기어 유닛(44, 44A)이 2개 연결되어 설치되어 있기 때문에, 1개의 모터로부터의 회전동력이 3곳으로 분류되어, 1개의 모터로부터의 회전동력으로 제1∼제3 구동축을 각각 독립해서 구동할 수 있다. 그리고, 분류되는 각 동력에 대한 저항을 조정함으로써, 1개의 핑거에 3개 이상의 관절이 있는 경우라도, 특별한 제어를 실행하지 않고, 핑거 근원으로부터 핑거 끝에 걸쳐 순차로 구부려지는 것과 같은 동작을 실현할 수 있게 된다.

다음에는, 제2 특징에 기초를 둔 본 발명에 따른 제4 내지 제7실시형태에 대해, 도면을 참조해서 설명한다.

(제4실시형태)

도 10은 제2 특징에 기초를 둔 본 발명의 제4실시형태에 따른 로봇 핸드(101)의 정면도이다. 도 11은 도 10의 XI-XI선 단면도로서, 로봇 핸드(101)의 구동부를 나타내고 있다. 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 로봇 핸드(101)는, 케이싱(102)과, 그 케이싱(102)에 설치된 좌우 1쌍의 핑거(F1, F2)를 갖고, 케이싱(102)을 상업용 로봇(도시되지 않음)의 아암 선단에 부착하여 사용하는 것이다.

핑거(F1, F2)의 근원부에는, 핑거(F1, F2)를 서로 근접/이반하도록 구동하기 위한 좌우 1쌍의 구동축(103, 104)이 각각 접속되어 있다. 구동축(103, 104)에는, 동력원인 모터(117)로부터의 회전동력을 전달하기 위한 좌우 1쌍의 유성기어 유닛(105, 106)이 각각 접속되어 있다.

유성기어 유닛(105, 106)은, 태양기어(109, 110)와, 태양기어(109, 110)의 외치에 서로 맞물리는 복수의 유성기어(111, 112)와, 유성기어(111, 112)의 공전에 연동하도록 유성기어(111, 112)에 접속된 유성 아암(113, 114)과, 유성기어(111, 112)의 자전에 연동하도록 유성기어(111, 112)의 외치에 서로 맞물리는 내치기어(115, 116)를 갖고 있다. 태양기어(109, 110)는 동력 입력부로 하고, 유성 아암(113, 114)은 제1 동력 출력부로 하며, 내치기어(115, 116)는 제2 동력 출력부로 하고 있다.

태양기어(109, 110)에는 입력축(107, 108)이 일체적으로 접속되어 있다. 오른쪽의 유성기어 유닛(105)의 입력축(107)에는 모터(117)의 출력축(118)이 일체적으로 접속되어 있다. 입력축(107, 108)에는 외치기어(119, 120)가 일체적으로 바깥에서 끼워져 있다. 오른쪽 외치기어(119)와 왼쪽 외치기어(120) 사이에는, 짝수개(도 10 및 도 11에서는 2개)의 중계기어(121, 122)가 맞물려져, 외치기어(119)로부터 외치기어(120)로의 서로의 회전이 역방향으로 되도록 회전동력을 전달하고 있다. 한편, 중계기어(121, 122)를 설치하지 않고, 2개의 외치기어(119, 120)를 직접 맞물리게 해도 좋다.

내치기어(115,116)에는, 그 외주에 외치부(115a, 116a)가 일체적으로 설치되어 있다. 오른쪽 내치기어(115)의 외치부(115a)와, 왼쪽 내치기어(116)의 외치부(116a) 사이에는, 홀수개(도 10 및 도 11에서는 1개)의 중계기어(123)가 맞물려져 있다. 이에 따라, 오른쪽 내치기어(115)와 왼쪽 내치기어(116)는, 같은 방향으로 회전하도록 서로 동력을 전달할 수 있게 되어 있다.

제2 동력 출력부인 내치기어(115,116)에는 중계기어(123)가 맞물려져 있기 때문에, 제1 동력 출력부인 유성 아암(113, 114)의 운동저항에 비해 내치기어(115,116)의 운동저항이 크게 되어 있다. 따라서, 유성 아암(113, 114)이 외부로부터의 부하가 걸려 있지 않은 상태(예컨대, 유성 아암(113, 114)에 동력을 전달할 수 있게 접속된 핑거(F1, F2)에 워크로부터의 반력 등이 걸려 있지 않은 상태)에서는, 태양기어(109, 110)의 회전동력이 모두 유성 아암(113, 114)에 전달되어, 내치기어(115,116)는 회전하지 않는다.

오른쪽 유성 아암(113)에만 외부로부터 부하가 걸린 상태(예컨대, 유성 아암(113)에 동력을 전달할 수 있게 접속된 핑거(F1)에 워크로부터의 반력 등이 걸린 상태)에서는, 당해 부하가 내치기어(115)의 운동저항을 넘음으로써 내치기어(115)가 회전하기 시작하고, 태양기어(109)의 회전동력이 내치기어(115)로 분류되며, 왼쪽 내치기어(116)가 회전한다(왼쪽의 유성 아암(114)에만 부하가 걸린 상태도 마찬가지 원리이다).

여기서, 유성기어 유닛의 태양기어, 유성 아암 및 내치기어의 각 축의 감속비에 대해 설명한다. 표 1은, 태양기어의 기어날의 수를 a, 내치기어의 기어날의 수를 c로 한 경우의 각 축의 회전수를 나타낸 것이다.

		태양기어	내치기어	유성 아암
(1)	내치기어를 고정하고, 태양기어에 1이 입력될 때의 회전수	1	0	a/a+c
(2)	유성 아암을 고정하고, 태양기어에 1이 입력될 때의 회전수	1	―a/c	0
(3)	태양기어를 고정하고, 내치기어에 1이 입력될 때의 회전수	0	1	c/(a+c)
(4)	태양기어를 고정하고, 내치기어에 a/c가 입력될 때의 회전수	0	a/c	a/(a+c)
(5)	태양기어에 1이 입력되고, 내치기어에 a/c가 입력될 때의 회전수	1	a/c	2a/(a+c)

a : 태양기어의 기어날의 수

c : 내치기어의 기어날의 수

(1) : 내치기어를 고정하고(회전수: 0), 태양기어에 입력되는 회전수를 1로 한 경우에는, 유성 아암으로부터는 a/(a+c)의 회전수가 출력된다.

(2) : 유성 아암을 고정하고(회전수: 0), 태양기어에 입력되는 회전수를 1로 한 경우에는, 내치기어로부터는 - a/c의 회전수가 출력된다.

(3) : 태양기어를 고정하고(회전수: 0), 내치기어에 입력되는 회전수를 1로 한 경우에는, 유성 아암으로부터는 c/(a+c)의 회전수가 출력된다.

(4) : 태양기어를 고정하고(회전수: 0), 내치기어에 입력되는 회전수를 a/c로 한 경우에는, 상기(3)의 값에 a/c를 곱함으로써, 유성 아암으로부터는 a/(a+c)의 회전수가 출력되는 것을 알 수 있다.

(5) : 태양기어에 입력되는 회전수를 1로 하고, 내치기어에 입력되는 회전수를 a/c로 한 경우에는, 상기 (1)과 상기 (4)를 합함으로써, 유성 아암으로부터는 2a/(a+c)의 회전수가 출력되는 것을 알 수 있다. 즉, 태양기어뿐 아니라 내치기어에도 같은 방향의 회전동력이 부여되면, 유성 아암의 회전수는 증가한다. 본 발명은 이 원리를 이용하고 있다.

도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 모터(117)의 출력축(118)이 회전하면, 오른쪽 유성기어 유닛(105)은, 내치기어(115)가 정지한 상태에서 태양기어(109)가 회전함으로써, 유성 아암(113)이 회전해서 오른쪽 구동축(103)이 회전한다. 또, 모터(117)의 출력축(118)의 회전동력은, 오른쪽 외치기어(119), 중계기어(121, 122), 왼쪽 외치기어(120) 및 입력축(108)을 거쳐, 오른쪽 태양기어(110)에도 전달된다. 그러면, 왼쪽의 유성기어 유닛(106)은, 내치기어(116)가 정지한 상태에서 태양기어(110)가 회전함으로써, 유성 아암(114)이 회전해서 왼쪽의 구동축(104)이 회전한다. 이와 같이 해서, 좌우의 핑거(F1, F2)가 서로 근접해서 파지동작이 실행된다. 이때, 핑거(F1, F2)가 지나치게 빨리 움직임으로써 핑거 끝을 근소한 간극에 삽입하는 조작 등이 어렵게 되지 않도록, 모터(117)의 회전수를 설정하고 있다.

도 12에 도시된 바와 같이, 워크(W)가 좌우의 핑거(F1, F2) 사이의 중심에 배치되어 있지 않으면, 좌우의 핑거(F1, F2)가 서로 근접하는 과정에서 워크(W)는 한쪽의 핑거(F1)에만 먼저 닿게 된다. 그러면, 워크(W)로부터의 반력에 의해, 그 핑거(F1)의 구동축(103)을 구동하는 유성기어 유닛(105)의 유성 아암(113)은 정지하고, 내치기어(115)가 회전하기 시작한다. 그 내치기어(115)의 회전동력은, 중계기어(123)를 거쳐 왼쪽 유성기어 유닛(106)의 내치기어(116)로 전달된다. 한편, 이때의 내치기어(116)의 회전방향은, 핑거(F2)가 워크(W)에 가까워지는 방향(핑거(F1, F2)가 서로 근접하는 방향)과 일치한다.

이와 같이 내치기어(116)가 회전하면, 왼쪽의 유성 아암(114)은, 태양기어(110)와 내치기어(116)의 양쪽의 회전동력에 의해 회전시켜지게 된다. 이때의 유성 아암(114)의 회전수(속도)는, 표 1의 (5)에 나타낸 바와 같이, 태양기어(110)만의 회전동력에 의해 유성 아암(114)을 회전시키는 경우에 비해, 2배의 속도로 된다. 즉, 한쪽 핑거(F1)가 먼저 워크(W)에 닿게 되면, 다른 쪽의 핑거(F2)는 자동적으로 이제까지보다도 빠르게 구동되어 바로 워크(W)에 닿게 된다.

따라서, 모터(117)로부터의 회전동력을 유성기어 유닛(105, 106) 등으로 감속하는 경우에, 핑거(F1, F2)의 동작 속도를 올리기 위해 감속비를 작게 할 필요가 없다. 그 결과, 핑거(F1, F2)에 의한 워크(W)를 파지하는 힘(토크)을 작게 하지 않고 간단히 작업시간을 단축할 수 있게 된다. 그리고, 이 기구에 의하면, 워크(W)를 파지한 상태에서 어떤 외력(사람-로봇 협조작업에 있어서, 로봇 핸드가 파지한 워크를 사람이 미는 힘 등)이 있는 핑거(F1)에 가해진 경우에, 핑거(F1) → 유성 아암(113) → 내치기어(115) → 중계기어(123) → 이웃의 내치기어(116) → 이웃의 유성 아암(114) → 이웃의 핑거(F2)의 순으로 외력이 전달되어, 특별한 제어를 수반하지 않고 자동적으로 각 핑거(F1, F2)의 파지력이 균일하게 유지되도록 작용해서, 파지작업을 유연하게 실행할 수 있게 된다.

(제5실시형태)

도 13은 제2 특징에 기초를 둔 본 발명의 제5실시형태에 따른 로봇 핸드(200)의 상면도(上面圖)이다. 도 14는 도 13에 도시된 로봇 핸드(200)의 전개도이다. 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 본 실시형태의 로봇 핸드(200)는, 중심점을 향해 근접/이반하도록 120° 간격으로 배치된 3개의 핑거(F1, F2, F3)를 갖고 있다. 핑거(F1, F2, F3)에는, 각각 구동축(201∼203)이 설치되어 있고, 그들 구동축(201∼203)에 베벨기어(204∼206)가 고정되어 있다. 이들 베벨기어(204∼206)의 1개마다, 각각 2개의 유성기어 유닛(207∼212)이 직렬로 접속되어 설치되어 있다. 한편, 유성기어 유닛(207∼212) 자체의 구성은 제4실시형태와 마찬가지이다.

구체적으로는, 동력전달경로의 하류 측으로 되는 후단(後段)의 유성기어 유닛(207∼209)의 유성 아암(213∼215)에는 베벨기어(216∼218)가 고정되어 있고, 그 베벨기어(216∼218)가 핑거(F1, F2, F3)의 베벨기어(204∼206)에 맞물려져 있다. 후단의 유성기어 유닛(207∼209)의 입력축(219∼221)은, 동력전달경로의 상류 측으로 되는 전단의 유성기어 유닛(210∼212)의 유성 아암(222∼224)에 일체적으로 접속되어 있다. 전단의 유성기어 유닛(210∼212)의 입력축(225∼227)에는, 모터 등의 동력원이 동력을 전달할 수 있게 접속되어 있다. 1개의 핑거(F1, F2, F3)에 대응하는 직렬 접속된 2개의 유성기어 유닛(207∼212)은, 회전축선이 동축상에 있고, 각 핑거(F1, F2, F3)의 각 유성기어 유닛(207∼212)의 회전축선은 서로 거의 평행하게 배치되어 있다.

어떤 핑거(F1, F2, F3)에 대응하는 후단의 유성기어 유닛(207∼209)의 내치기어(228∼230)의 외치부는, 한쪽 측에 인접하는 핑거(F2, F3, F1)에 대응하는 전단(前段)의 유성기어 유닛(211, 212, 210)의 내치기어(232, 233, 231)의 외치부에, 짝수개(도 13 및 도 14에서는 2개)의 중계기어(234∼239)를 개재하여 접속되어 있다. 즉, 유성기어 유닛(207∼212)의 내치기어(228∼233)는, 서로 순환하도록 동력을 전달할 수 있게 접속되어 있다. 이때, 제2 동력 출력부인 내치기어(228∼233)에는 중계기어(234∼239)가 맞물려져 있기 때문에, 제1 동력 출력부인 유성 아암(213∼215, 222∼224)의 운동저항에 비해 내치기어(228∼233)의 운동저항이 크게 되어 있다.

이상의 구성에 의하면, 전단의 유성기어 유닛(210∼212)의 입력축(225∼227)이 구동되면, 전단의 유성기어 유닛(210∼212)에서는, 내치기어(231∼233)가 정지한 상태에서 태양기어(도시되지 않음)가 회전하고, 유성 아암(222∼224)이 회전한다. 그에 의해, 후단의 유성기어 유닛(207∼209)의 입력축(219∼221)이 회전한다. 후단의 유성기어 유닛(207∼209)에서도, 내치기어(228∼230)가 정지한 상태에서 태양기어(도시되지 않음)가 회전하고, 유성 아암(213∼215)이 회전한다. 그리고, 유성 아암(213∼215)의 회전동력이 베벨기어(216∼218, 204∼206)를 거쳐 구동축(201∼203)을 구동해서, 핑거(F1, F2, F3)가 중심점을 향해 동작하는 파지동작이 실행된다.

이때, 워크가 각 핑거(F1, F2, F3) 사이의 중심에 배치되어 있지 않으면, 핑거(F1, F2, F3)가 서로 근접하는 과정에서 예컨대 1개의 핑거(F1)에만 먼저 워크가 닿게 된다. 그러면, 워크로부터의 반력에 의해, 그 핑거(F1)를 구동하는 후단의 유성기어 유닛(207)의 유성 아암(213)은 정지하고, 내치기어(228)가 회전하기 시작한다. 그 내치기어(228)의 회전동력은, 중계기어(234, 237)를 개재하여, 한쪽 측에 인접하는 핑거(F2)에 대응하는 전단의 유성기어 유닛(211)의 내치기어(232)에 전달된다. 한편, 이때의 내치기어(232)의 회전방향은 핑거(F2)가 워크에 가까워지는 방향과 일치한다.

이와 같이 내치기어(232)가 회전하면, 핑거(F2)에 대응하는 전단의 유성기어 유닛(211)의 유성 아암(223)은, 태양기어(도시되지 않음)와 내치기어(232)의 양쪽의 회전동력에 의해, 이제까지보다 빠르고 회전시켜지게 된다. 그리고, 이어 핑거(F2)가 워크에 접하면, 그 핑거(F2)를 구동하는 후단의 유성기어 유닛(229)의 유성 아암(214)은 정지하고, 내치기어(229)가 회전하기 시작한다. 그 내치기어(229)의 회전동력은, 중계기어(235, 238)를 개재하여, 한쪽 측에 인접하는 핑거(F3)에 대응하는 전단의 유성기어 유닛(212)의 내치기어(233)에 전달된다. 이때, 핑거(F3)에 대응하는 내치기어(233)에는, 핑거(F1, F2)에 대응하는 내치기어(228, 229)의 2개의 회전동력이 전달되는 것으로 되기 때문에, 내치기어(233)는 더욱 빠르게 회전하게 된다. 따라서, 파지작업의 완료 직전의 핑거 동작을 보다 고속화할 수 있다.

(제6실시형태)

도 15는 제2 특징에 기초를 둔 본 발명의 제6실시형태에 따른 로봇 핸드(300)의 상면도이다. 도 16은 도 15에 도시된 로봇 핸드(300)의 전개도이다. 도 15 및 도 16에 도시된 바와 같이, 본 실시형태의 로봇 핸드(300)는, 중심점을 향해 근접/이반하도록 120° 간격으로 배치된 3개의 핑거(F1, F2, F3)를 갖고 있다. 핑거(F1, F2, F3)에는, 각각 베벨기어(304∼306)가 고정되어 있다. 이들 베벨기어(304∼306)의 1개마다, 각각 2개의 유성기어 유닛(307∼312)이 직렬로 접속되어 설치되어 있다. 이들 직렬형상의 2개의 유성기어 유닛(307과 310, 308과 311, 309와 312)은, 서로의 회전축선이 평행하면서 상하 역방향으로 되도록 나란히 배치되어 있고, 각 핑거(F1, F2, F3)의 각 유성기어 유닛(307∼312)의 회전축선도 서로 거의 평행하게 배치되어 있다. 한편, 유성기어 유닛(307∼312) 자체의 구성은 제4실시형태와 마찬가지이다.

구체적으로는, 동력전달경로의 하류 측으로 되는 후단의 유성기어 유닛(307∼309)의 유성 아암(313∼315)에는 베벨기어(316∼318)가 고정되어 있고, 그 베벨기어(316∼318)가 핑거(F1, F2, F3)의 베벨기어(304∼306)에 맞물려져 있다. 후단의 유성기어 유닛(307∼309)의 입력축(319∼321)에는 외치기어(335∼337)가 고정되고, 전단의 유성기어 유닛(310∼312)의 유성 아암(322∼324)에도 외치기어(341∼343)가 고정되어 있으며, 그들 외치기어(335∼337, 341∼343)는 홀수개(도 15 및 도 16에서는 1개)의 중계기어(338∼340)를 개재하여 접속되어 있다. 전단의 유성기어 유닛(310∼312)의 입력축(325∼327)에는 모터와 같은 동력원이 동력을 전달할 수 있게 접속되어 있다.

어떤 핑거(F1, F2, F3)에 대응하는 후단의 유성기어 유닛(307∼309)의 내치기어(328∼330)의 외치부는, 한쪽 측에 인접하는 핑거(F2, F3, F1)에 대응하는 전단의 유성기어 유닛(311, 312, 310)의 내치기어(332, 333, 331)의 외치부에 직접 맞물려져 있다. 즉, 유성기어 유닛(307∼312)의 내치기어(328∼333)는, 서로 순환하도록 동력을 전달할 수 있게 접속되어 있다. 이때, 후단의 유성기어 유닛(307∼309)의 내치기어(328∼330)에는, 전단의 유성기어 유닛(311, 312, 310)의 내치기어(332, 333, 331)가 맞물려 있기 때문에, 제1 동력 출력부인 유성 아암(313∼315)의 운동저항에 비해 내치기어(328∼333)의 운동저항이 크게 되어 있다.

이상의 구성에 의하면, 전단의 유성기어 유닛(310∼312)의 입력축(325∼327)이 구동되면, 전단의 유성기어 유닛(310∼312)에서는, 내치기어(331∼333)가 정지한 상태에서 태양기어(도시되지 않음)가 회전하고, 유성 아암(322∼324)이 회전한다. 그에 의해, 후단의 유성기어 유닛(307∼309)의 입력축(319∼321)이 회전한다. 후단의 유성기어 유닛(307∼309)에서도, 내치기어(328∼330)가 정지한 상태에서 태양기어(도시되지 않음)가 회전하고, 유성 아암(313∼315)이 회전한다. 그리고, 유성 아암(313∼315)의 회전동력이, 베벨기어(316∼318, 304∼306)를 거쳐 핑거(F1, F2, F3)를 구동해서, 핑거(F1, F2, F3)가 중심점을 향해 동작하는 파지동작이 실행된다.

이때, 워크가 각 핑거(F1, F2, F3) 사이의 중심에 배치되어 있지 않으면, 핑거(F1, F2, F3)가 서로 근접하는 과정에서, 예컨대 1개의 핑거(F1)에만 먼저 워크가 닿게 된다. 그러면, 워크로부터의 반력에 의해 그 핑거(F1)를 구동하는 후단의 유성기어 유닛(307)의 유성 아암(313)은 정지하고, 내치기어(328)가 회전하기 시작한다. 그 내치기어(328)의 회전동력은, 한쪽 측에 인접하는 핑거(F2)에 대응하는 전단의 유성기어 유닛(311)의 내치기어(332)에 전달된다. 한편, 이때의 내치기어(332)의 회전방향은, 핑거(F2)가 워크에 가까워지는 방향과 일치한다.

이와 같이 내치기어(332)가 회전하면, 핑거(F2)에 대응하는 전단의 유성기어 유닛(311)의 유성 아암(323)은, 태양기어(도시되지 않음)와 내치기어(332)와의 양쪽의 회전동력에 의해, 이제까지보다 빠르게 회전시켜지게 된다. 그리고, 다음에 핑거(F2)가 워크에 닿으면, 그 핑거(F2)를 구동하는 후단의 유성기어 유닛(308)의 유성 아암(314)은 정지하고, 내치기어(329)가 회전하기 시작한다. 그 내치기어(329)의 회전동력은, 한쪽 측에 인접하는 핑거(F3)에 대응하는 전단의 유성기어 유닛(312)의 내치기어(333)에 전달된다. 이때, 핑거(F3)에 대응하는 내치기어(333)에는, 핑거(F1, F2)에 대응하는 내치기어(328, 329)의 2개의 회전동력이 전달되는 것으로 되기 때문에, 내치기어(333)는 더욱 빠르게 회전하게 된다. 따라서, 파지작업의 완료 직전의 핑거 동작을 보다 더 고속화할 수 있다.

(제7실시형태)

도 17은 제2 특징에 기초를 둔 본 발명의 제7실시형태에 따른 로봇 핸드(400)의 상면도이다. 도 18은 도 17에 도시된 로봇 핸드(400)의 전개도이다. 도 17 및 도 18에 도시된 바와 같이, 본 실시형태의 로봇 핸드(400)는, 중심을 향해 근접/이반하도록 원주방향으로 간격을 두고 배치된 4개의 핑거(F1, F2, F3, F4)를 갖고 있다. 이들 핑거(F1, F2, F3, F4)에는 각각 베벨기어(403∼406)가 고정되어 있다. 이들 베벨기어(403∼406)의 1개마다, 각각 1개의 유성기어 유닛(407∼410)이 설치되어 있다. 이들 4개의 유성기어 유닛(407∼410)은, 서로의 회전축선이 평행으로 되도록 나란히 배치되어 있다. 한편, 유성기어 유닛(407∼410) 자체의 구성은 제4실시형태와 마찬가지이다.

구체적으로는, 유성기어 유닛(407∼410)의 유성 아암(412∼415)에는, 베벨기어(416∼419)가 고정되어 있고, 그 베벨기어(416∼419)가 핑거(F1, F2, F3, F4)의 베벨기어(403∼406)에 맞물려져 있다. 유성기어 유닛(407∼410)의 입력축(420∼423)에는, 모터 등의 동력원이 동력을 전달할 수 있게 접속되어 있다. 유성기어 유닛(407∼410)의 내치기어(428∼431)의 외치부는, 인접하는 유성기어 유닛(407∼410)의 내치기어(428∼431)의 외치부에 대해 홀수개(도 17 및 도 18에서는 1개)의 중계기어(434∼437)를 개재하여 각각 맞물려져 있다. 즉, 유성기어 유닛(407∼410)의 내치기어(428∼431)는, 서로 순환하도록 동력을 전달할 수 있게 접속되어 있다. 이때, 유성기어 유닛(407∼410)의 내치기어(428∼431)는 인접하는 것끼리가 서로 맞물려져 있기 때문에, 제1 동력 출력부인 유성 아암(412∼415)의 운동저항에 비해 내치기어(428∼431)의 운동저항이 크게 되어 있다.

이상의 구성에 의하면, 유성기어 유닛(407∼410)의 입력축(420∼423)이 구동되면, 내치기어(428∼431)가 정지한 상태에서 태양기어(도시되지 않음)가 회전하고, 유성 아암(412∼415)이 회전한다. 그에 의해, 베벨기어(416∼419)를 개재하여 핑거(F1, F2, F3, F4)가 구동되어, 핑거(F1, F2, F3, F4)가 중심에 향해 동작하는 파지동작이 실행된다.

이때, 워크가 각 핑거(F1, F2, F3, F4) 사이의 중심에 배치되어 있지 않으면, 핑거(F1, F2, F3, F4)가 서로 근접하는 과정에서, 예컨대 1개의 핑거(F1)에만 먼저 워크가 닿게 된다. 그러면, 워크로부터의 반력에 의해, 그 핑거(F1)를 구동하는 유성기어 유닛(407)의 유성 아암(412)은 정지하고, 내치기어(428)가 회전하기 시작한다. 그 내치기어(428)의 회전동력은, 인접하는 유성기어 유닛(408, 410)의 내치기어(429, 431)에 전달되어, 인접하는 핑거(F2, F4)가 이제까지보다 빠르고 회전시켜지게 된다. 이와 같이 해서, 콤팩트한 구성으로, 파지작업의 완료 직전의 핑거 동작을 고속화할 수 있다.

한편, 유성기어 유닛(210∼212, 310∼312, 407∼410)의 입력축(225∼227, 325∼327, 420∼423)은, 개별로 복수의 모터에 의해 구동해도 좋고, 제4실시형태와 같이 1개의 모터로 구동해도 좋다.

그런데, 본 발명의 효과를 나타내기 위해서는, 반드시 각 유성기어 유닛의 내치기어가 서로 순환하는 구성으로 할 필요는 없다. 즉, 앞에서 설명한 제4∼제7실시예에 있어서, 동력의 순환을 끊는 구성으로 할 수도 있다. 예컨대, 제5실시형태의 도 14를 예로 들면, 중계기어(236)를 없애는 것 등에 의해, 내치기어(230)와 내치기어(231)가 서로 순환하지 않는 구성으로 해도, 각 내치기어는 동력을 전달할 수 있게 접속되어 있기 때문에 본 발명의 효과를 거둘 수 있다.

각 유성기어 유닛의 내치기어가 서로 순환하지 않는 구성으로 하기 위해서는, 상기의 방법 외에도 여러 가지 방법을 채용할 수 있다. 이 경우, 제4∼제7실시형태에서 실현되고 있는 각 유성기어 유닛끼리의 대칭성이, 언뜻 보면 없어지는 것으로도 생각할 수 있으나, 실제로는 기어 구성의 선택에 의해 상기의 대칭성을 확보할 수 있다.

(제8실시형태)

동력의 분류(分流)는 이하와 같은 구성에 의해서도 실현할 수 있다. 즉, 예컨대 도 11에 도시된 구동부가 2개 존재하는 경우에, 제2 구동부의 모터(117) 및 모터(117)의 출력축(118)을 제1 구동부의 구동축(104)으로 치환함으로써, 제1 구동부의 모터(117)의 동력을, 제2 구동부의 구동축(103, 104) 및 제1 구동부의 구동축(103)의 3개의 출력으로 분류할 수 있다.

또, 이와 같은 치환을 반복함으로써, 동력을 임의 수의 출력축에 분류할 수 있다. 그리고, 동력이 분류되는 각 출력축과 모터의 출력축 사이의 감속비를, 기어 구성에 의해 임의로 설정할 수도 있다.

기타의 실시형태로는, 본 발명의 제1 특징에 기초를 둔 핑거를 복수개 구비한 로봇 핸드에 대해, 본 발명의 제2 특징에 기초를 둔 동력 분류 구조를 이용함으로써, 본 발명의 제1 특징과 제2 특징의 양쪽을 구비하는 로봇 핸드를 실현할 수도 있다. 예컨대, 제4실시형태에 따른 도 11의 구동축(103, 104)을, 각각 제1실시형태에 따른 2개의 핑거를 각각 구동하는 2개의 유성기어 유닛(44)에 입력축으로서 접속할 수 있다.

산업상의 이용가능성

이상과 같이, 제1 특징에 기초를 둔 본 발명에 따른 로봇 핸드는, 특별한 제어를 실행하지 않고 핑거가 핑거 근원으로부터 핑거 끝에 걸쳐 순차로 구부려지는 동작을 실현할 수 있는 우수한 효과를 갖고, 상업용 로봇의 아암 선단에 부착되는 로봇 핸드에 넓게 적용하면 유익하다.

이상과 같이, 제2 특징에 기초를 둔 본 발명에 따른 로봇 핸드는, 파지력을 약하게 하는 일 없이 간단히 작업시간을 단축하고, 유연한 파지동작을 실행할 수 있는 우수한 효과를 가지는바, 상업용 로봇의 아암 선단에 부착하는 로봇 핸드 등에 넓게 적용하면 유익하다.

Claims

동력원으로부터의 회전동력이 입력되는 유성기어 유닛과,
상기 유성기어 유닛으로부터 출력되는 회전동력이 전달되는 제1 및 제2 구동축과,
상기 제1 구동축에 구동되는 제1 관절과, 상기 제1 관절의 핑거 끝 측에 설치된 제1 핑거 요소와, 상기 제1 핑거 요소의 핑거 끝 측에 설치되어 상기 제2 구동축에 구동되는 제2 관절과, 상기 제2 관절의 핑거 끝 측에 설치된 제2 핑거 요소를 가진 핑거를 갖추되,
상기 유성기어 유닛은, 태양기어와, 상기 태양기어의 외치에 서로 맞물리는 유성기어와, 상기 유성기어의 공전에 연동하도록 상기 유성기어에 접속된 유성 아암과, 상기 유성기어의 자전에 연동하도록 상기 유성기어의 외치에 서로 맞물리는 내치기어를 갖추며,
상기 태양기어, 상기 유성 아암 및 상기 내치기어의 어느 하나를 동력 입력부로 하고, 다른 2개를 각각 제1 동력 출력부 및 제2 동력 출력부로 하며,
상기 동력 입력부가 상기 동력원에 동력을 전달할 수 있게 접속되고,
상기 제1 동력 출력부가 상기 제1 구동축에 동력을 전달할 수 있게 접속되며,
상기 제2 동력 출력부가 상기 제2 구동축에 동력을 전달할 수 있게 접속되고,
상기 제2 동력 출력부의 운동저항을 상기 제1 동력 출력부의 운동저항보다도 크게 하는 저항발생수단이 설치되며,
상기 저항발생수단은, 상기 제2 동력 출력부로부터 상기 제2 구동축까지의 제2 동력전달기구에서의 동력전달저항을, 상기 제1 동력 출력부로부터 상기 제1 구동축까지의 제1 동력전달기구에서의 동력전달저항보다도 크게 하는 것에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇 핸드.
동력원으로부터의 회전동력이 입력되는 유성기어 유닛과,
상기 유성기어 유닛으로부터 출력되는 회전동력이 전달되는 제1 및 제2 구동축과,
상기 제1 구동축에 구동되는 제1 관절과, 상기 제1 관절의 핑거 끝 측에 설치된 제1 핑거 요소와, 상기 제1 핑거 요소의 핑거 끝 측에 설치되어 상기 제2 구동축에 구동되는 제2 관절과, 상기 제2 관절의 핑거 끝 측에 설치된 제2 핑거 요소를 가진 핑거를 갖추되,
상기 유성기어 유닛은, 태양기어와, 상기 태양기어의 외치에 서로 맞물리는 유성기어와, 상기 유성기어의 공전에 연동하도록 상기 유성기어에 접속된 유성 아암과, 상기 유성기어의 자전에 연동하도록 상기 유성기어의 외치에 서로 맞물리는 내치기어를 갖추며,
상기 태양기어, 상기 유성 아암 및 상기 내치기어의 어느 하나를 동력 입력부로 하고, 다른 2개를 각각 제1 동력 출력부 및 제2 동력 출력부로 하며,
상기 동력 입력부가 상기 동력원에 동력을 전달할 수 있게 접속되고,
상기 제1 동력 출력부가 상기 제1 구동축에 동력을 전달할 수 있게 접속되며,
상기 제2 동력 출력부가 상기 제2 구동축에 동력을 전달할 수 있게 접속되고,
상기 제2 동력 출력부의 운동저항을 상기 제1 동력 출력부의 운동저항보다도 크게 하는 저항발생수단이 설치되며,
상기 저항발생수단은, 상기 제2 동력 출력부로부터 상기 제2 구동축까지의 동력전달기구에 존재하는 부재에 접촉저항을 부여하는 볼 플런저인 것을 특징으로 하는 로봇 핸드.
동력원으로부터의 회전동력이 입력되는 유성기어 유닛과,
상기 유성기어 유닛으로부터 출력되는 회전동력이 전달되는 제1 및 제2 구동축과,
상기 제1 구동축에 구동되는 제1 관절과, 상기 제1 관절의 핑거 끝 측에 설치된 제1 핑거 요소와, 상기 제1 핑거 요소의 핑거 끝 측에 설치되어 상기 제2 구동축에 구동되는 제2 관절과, 상기 제2 관절의 핑거 끝 측에 설치된 제2 핑거 요소를 가진 핑거를 갖추되,
상기 유성기어 유닛은, 태양기어와, 상기 태양기어의 외치에 서로 맞물리는 유성기어와, 상기 유성기어의 공전에 연동하도록 상기 유성기어에 접속된 유성 아암과, 상기 유성기어의 자전에 연동하도록 상기 유성기어의 외치에 서로 맞물리는 내치기어를 갖추며,
상기 태양기어, 상기 유성 아암 및 상기 내치기어의 어느 하나를 동력 입력부로 하고, 다른 2개를 각각 제1 동력 출력부 및 제2 동력 출력부로 하며,
상기 동력 입력부가 상기 동력원에 동력을 전달할 수 있게 접속되고,
상기 제1 동력 출력부가 상기 제1 구동축에 동력을 전달할 수 있게 접속되며,
상기 제2 동력 출력부가 상기 제2 구동축에 동력을 전달할 수 있게 접속되고,
상기 제2 동력 출력부의 운동저항을 상기 제1 동력 출력부의 운동저항보다도 크게 하는 저항발생수단이 설치되며,
상기 저항발생수단은, 상기 제2 동력 출력부로부터 상기 제2 구동축까지의 동력전달기구에 존재하는 부재에 회전저항을 부여하는 스프링인 것을 특징으로 하는 로봇 핸드.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 운동저항은, 상기 제1 동력 출력부가 동작할 수 없게 된 후에 상기 제2 동력 출력부가 동작할 수 있도록 설정되어 있고,
상기 동력 입력부에 회전동력이 전달된 때, 상기 제1 핑거 요소가 워크로부터의 항력에 의해 이동할 수 없게 된 후에 상기 제2 핑거 요소가 워크를 향해 이동하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇 핸드.
삭제
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 동력 출력부 또는 제2 동력 출력부와 상기 제1 구동축 또는 제2 구동축 사이에, 제2 유성기어 유닛이 설치되고,
상기 제2 유성기어 유닛의 동력 입력부에, 상기 제1 동력 출력부 또는 제2 동력 출력부가 동력을 전달할 수 있게 접속되며,
상기 제2 유성기어 유닛의 제1 동력 출력부에, 상기 제1 구동축 또는 상기 제2 구동축이 동력을 전달할 수 있게 접속되고,
상기 제2 유성기어 유닛의 제2 동력 출력부에, 제3 구동축이 동력을 전달할 수 있게 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇 핸드.
복수의 핑거와,
상기 복수의 핑거에 각각 동력을 전달하는 복수의 유성기어 유닛을 갖추되,
상기 유성기어 유닛은, 태양기어와, 상기 태양기어의 외치에 서로 맞물리는 유성기어와, 상기 유성기어의 공전에 연동하도록 상기 유성기어에 접속된 유성 아암과, 상기 유성기어의 자전에 연동하도록 상기 유성기어의 외치에 서로 맞물리는 내치기어를 갖추며,
상기 태양기어를 동력 입력부로 하고, 상기 유성 아암을 제1 동력 출력부로 하고, 상기 내치기어를 제2 동력 출력부로 하며,
상기 복수의 유성기어 유닛의 상기 동력 입력부가, 동력원에 동력을 전달할 수 있게 접속되고, 상기 복수의 유성기어 유닛 중 하나의 상기 제1 동력 출력부가, 상기 복수의 핑거 중 하나에 동력을 전달할 수 있게 접속되며, 상기 복수의 유성기어 유닛 중 다른 하나의 상기 제1 동력 출력부가, 상기 복수의 핑거 중 다른 하나에 동력을 전달할 수 있게 접속되고,
상기 복수의 유성기어 유닛 중 하나의 상기 제2 동력 출력부는, 상기 복수의 핑거가 서로 근접/이반하는 방향으로 동력전달할 수 있도록, 상기 복수의 유성기어 유닛 중 다른 하나의 상기 제2 동력 출력부에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇 핸드.
제7항에 있어서, 상기 핑거는, 3개 이상 설치되어 있고,
상기 유성기어 유닛은, 상기 핑거마다 직렬형상으로 복수개 설치되되,
상기 직렬형상의 복수의 유성기어 유닛 중 1개의 상기 제2 동력 출력부는, 인접하는 다른 상기 직렬형상의 복수의 유성기어 유닛 중 1개의 상기 제2 동력 출력부에 동력을 전달할 수 있게 접속되어 있고,
상기 직렬형상의 복수의 유성기어 유닛 중 다른 하나의 상기 제2 동력 출력부는, 반대 측에 인접하는 또 다른 상기 직렬형상의 복수의 유성기어 유닛 중 하나인 상기 제2 동력 출력부에 동력을 전달할 수 있게 접속되어 있으며,
상기 복수의 핑거를 각각 구동하는 상기 복수의 유성기어 유닛의 상기 제2 동력 출력부는, 서로 순환하도록 동력을 전달할 수 있게 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇 핸드.
제8항에 있어서, 상기 직렬형상의 복수의 유성기어 유닛은, 서로의 회전축선이 평행하면서 역방향으로 되도록 나란히 2개가 설치되고, 상기 제2 동력 출력부에는 외치부가 일체적으로 설치되어 있으며,
상기 직렬형상의 복수의 유성기어 유닛 중 상류 측 유성기어 유닛의 상기 제2 동력 출력부의 상기 외치부가, 인접하는 다른 상기 직렬형상의 복수의 유성기어 유닛 중 하류 측의 유성기어 유닛의 상기 제2 동력 출력부의 상기 외치부에 서로 맞물려 있는 것을 특징으로 하는 로봇 핸드.
제7항에 있어서, 상기 핑거 및 그를 구동하는 상기 유성기어 유닛은, 각각 4개 이상의 짝수개가 설치되어 있고,
상기 4개의 유성기어 유닛의 상기 제2 동력 출력부는, 중계기어를 개재하여 서로 순환하도록 동력을 전달할 수 있게 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇 핸드.