KR101346101B1 - 강체 바에 의하여 구동력을 전달하는 메커니즘을 가지는 인간형 로봇 핸드 - Google Patents

Abstract

크기가 작으면서도 정확하게 큰 동력의 전달이 가능한 인간형 로봇 핸드가 필요하다. 또한, 크기가 작으면서도 인간의 손 운동 자유도를 재현 가능한 인간형 로봇 핸드가 필요하다. 이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 로봇 핸드는 제1 프레임과, 제1 프레임에 회전가능하게 연결된 제1 링크와, 직선 운동을 제공하는 구동 유닛, 및 구동 유닛의 직선 운동에 의하여 제1 링크를 회전시킬 수 있도록 일단은 구동 유닛에 연결되며 타단은 제1 링크에 연결되고, 강체(剛體)로 형성된 제1 리가먼트(ligament)를 포함한다.

Description

강체 바에 의하여 구동력을 전달하는 메커니즘을 가지는 인간형 로봇 핸드 {HUMANOID ROBOT HAND HAVING MECHANISM OF DELIVERING DRIVING FORCE BY RIGID BAR}

본 발명은 로봇 핸드에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 강체 바에 의하여 구동력을 전달하는 메커니즘을 가지는 인간형 로봇 핸드에 관한 것이다.

인간형 로봇 핸드가 이용되는 분야는 인간을 대신하거나 돕는 작업을 하는 분야, 인간의 손과 유사한 크기를 요하는 분야(수화를 대신하는 로봇 등), END-EFFECTOR가 필요한 분야 등이 있다.

인간형 로봇 핸드는 크게 두 가지 방식으로 나눌 수 있다. 첫째는, 다섯 손가락과 손바닥을 포함하는 로봇 핸드이다. 첫째 방식은 모터, 감속기, 기어 등의 구성요소가 모두 손 부분에 내포되어야 하므로 로봇 핸드의 크기가 매우 커지게 되는 문제가 있다. 또한, 손가락 내부에 구성요소를 설치하기 위하여 기어 등을 소형으로 가공하더라도 작은 가공오차에도 동작의 정밀도가 급격하게 저하되는 문제가 있다. 또한, 소형 기어의 직렬연결에 의하여 큰 백래쉬(backlash)를 가지게 되어 정확한 손동작의 구현이 어려워지는 문제가 있다. 뿐만 아니라, 손가락 관절에 큰 힘의 전달이 어렵다는 문제가 있다.

둘째 방식은 다섯 손가락, 손바닥, 손목 및 아래팔(forearm)을 포함하는 로봇 핸드이다. 일반적으로 둘째 방식의 경우에 손가락 마디 내부에 설치된 와이어를 이용하여 손가락 마디를 구부리게 된다. 이에 따라, 와이어가 밴딩되면서 동력전달의 선형성을 상실하게 되는 문제가 있다. 이러한 선형성 상실의 문제점은 손목의 움직임이 큰 경우에 더욱 두드러지게 되어 정밀한 손동작의 재현이 어렵게 된다.

크기가 작으면서도 정확하게 큰 동력의 전달이 가능한 인간형 로봇 핸드가 필요하다. 또한, 크기가 작으면서도 인간의 손 운동 자유도를 재현 가능한 인간형 로봇 핸드가 필요하다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 로봇 핸드는 제1 프레임; 상기 제1 프레임에 회전가능하게 연결된 제1 링크; 직선 운동을 제공하는 구동 유닛; 및 상기 구동 유닛의 직선 운동에 의하여 상기 제1 링크를 회전시킬 수 있도록 일단은 상기 구동 유닛에 연결되며 타단은 상기 제1 링크에 연결되고, 강체(剛體)로 형성된 제1 리가먼트(ligament);를 포함한다.

또한, 상기 구동 유닛은 모터 유닛; 강체(剛體)로 형성된 드라이빙 바(bar); 및 상기 드라이빙 바가 직선 운동을 하도록 상기 모터 유닛에 의하여 제공되는 회전운동을 직선운동으로 전환하는 전환 유닛;을 포함할 수 있다.

또한, 상기 전환 유닛은 제1 및 제2 와이어; 상기 모터 유닛에 의하여 제1 방향으로 회전하면 상기 제1 와이어가 감기는 동시에 상기 제2 와이어가 풀리며, 상기 제1 방향과 반대방향인 제2 방향으로 회전하면 상기 제1 와이어가 풀리는 동시에 상기 제2 와이어가 감기도록 상기 모터 유닛에 연결되는 롤러; 및 상기 롤러에 상기 제1 와이어가 감기는 동시에 상기 롤러로부터 상기 제2 와이어가 풀리면 상기 드라이빙 바를 전진하게 하고, 상기 롤러로부터 상기 제1 와이어가 풀리는 동시에 상기 롤러에 상기 제2 와이어가 감기면 상기 드라이빙 바를 후진하게 하도록 상기 제1 및 제2 와이어의 진행 방향을 유도하는 와이어 방향전환 수단;을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 프레임에 회전가능하게 연결되는 제2 프레임을 더 포함하고, 상기 모터 유닛은 상기 제2 프레임에 설치될 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 로봇 핸드는 제1 프레임; 상기 제1 프레임에 형성된 제1 회전축에 회전가능하게 연결된 제1 링크; 상기 제1 링크의 단부에 회전가능하게 연결된 제2 링크; 상기 제2 링크의 단부에 회전가능하게 연결된 제3 링크; 상기 제1 회전축과 인접하도록 상기 제1 프레임에 형성된 제2 회전축에 회전가능하게 연결되며 상기 제1 링크의 회전에 대하여 독립적으로 회전가능한 제1 캠; 직선 운동을 제공하는 제1 구동 유닛; 상기 제1 구동 유닛의 직선 운동에 의하여 상기 제1 캠을 회전시킬 수 있도록 상기 제1 구동 유닛과 상기 제1 캠을 연결하고 강체(剛體)로 형성된 제1 리가먼트(ligament); 상기 제1 캠의 회전에 의하여 상기 제2 링크가 회전할 수 있도록 상기 제1 캠과 상기 제2 링크를 연결하는 강체(剛體)로 형성된 제2 링크 구동 바(bar); 및 상기 제2 링크 구동 바에 의하여 상기 제2 링크가 회전할 때 상기 제3 링크도 같은 방향으로 회전할 수 있도록 일단은 상기 제1 링크에 연결되며 타단은 상기 제3 링크에 연결된 강체(剛體)로 형성된 제3 링크 구동 바(bar);를 포함한다.

또한, 상기 제1 링크를 고정한 상태에서도 상기 제2 및 제3 링크를 회전시킬 수 있도록 상기 제1 구동 유닛을 제어하는 제어유닛을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 링크에 인접한 상기 제2 링크의 단부에는 관통홈이 형성되고 상기 제3 링크 구동바의 상기 일단은 상기 관통홈을 관통하여 상기 제1 링크에 회전가능하게 연결될 수 있다.

또한, 직선 운동을 제공하는 제2 구동 유닛; 상기 제2 구동 유닛의 직선 운동에 의하여 상기 제1 링크를 회전시킬 수 있도록 상기 제2 구동 유닛과 상기 제1 링크를 연결하고 강체(剛體)로 형성된 제2 리가먼트(ligament); 및 상기 제1,제2 링크 사이 및 상기 제2,제3 링크 사이의 각도를 변경하는 제1 동작, 상기 제1 링크 및 상기 제1 프레임 사이의 각도를 변경하는 제2 동작 중에서 어느 하나를 수행하거나, 상기 제1 동작과 상기 제2 동작을 동시에 수행하도록 상기 제1 및 제2 구동 유닛을 제어하는 제어 유닛;을 더 포함할 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 로봇 핸드는 제1 프레임; 상기 제1 프레임에 제1 방향으로 형성된 제1 회전축에 회전가능하게 연결된 로테이션 디스크; 상기 로테이션 디스크에 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 형성된 제2 회전축에 회전가능하게 연결된 제1 링크; 직선 운동을 제공하는 제1 구동 유닛; 상기 제1 구동 유닛의 직선 운동에 의하여 상기 제1 링크가 상기 제2 회전축을 중심으로 회전할 수 있도록 상기 제1 구동 유닛과 상기 제1 링크를 연결하고 강체(剛體)로 형성된 제1 리가먼트(ligament); 및 상기 제1 링크가 상기 제2 방향으로 회전하도록 상기 제1 구동 유닛을 제어하는 제어 유닛;을 포함한다.

또한, 직선 운동을 제공하는 제2 구동 유닛; 및 상기 제2 구동 유닛의 직선 운동에 의하여 상기 로테이션 디스크를 상기 제1 회전축을 중심으로 회전할 수 있도록 상기 제2 구동 유닛과 상기 로테이션 디스크를 연결하고 강체(剛體)로 형성된 제2 리가먼트(ligament);를 더 포함하며, 상기 제어 유닛은 상기 제1 링크가 상기 제1 회전축 중심으로 회전하는 동작과 상기 제1 링크가 상기 제2 회전축 중심으로 회전하는 동작을 동시에 수행하도록 상기 제1 및 제2 구동 유닛을 제어할 수 있다.

또한, 상기 제1 링크의 단부에 회전가능하게 연결된 제2 링크; 상기 제1 회전축과 인접하도록 상기 제1 프레임에 형성된 제3 회전축에 회전가능하게 연결되며 상기 제1 링크의 상기 제1 회전축을 중심으로 한 회전에 대하여 독립적으로 회전가능한 제1 캠; 직선 운동을 제공하는 제3 구동 유닛; 상기 제3 구동 유닛의 직선 운동에 의하여 상기 제1 캠을 회전시킬 수 있도록 상기 제3 구동 유닛과 상기 제1 캠을 연결하고 강체(剛體)로 형성된 제3 리가먼트(ligament); 상기 제1 캠의 회전에 의하여 상기 제2 링크가 회전할 수 있도록 상기 제1 캠과 상기 제2 링크를 연결하는 강체(剛體)로 형성된 제2 링크 구동 바(bar); 상기 제어 유닛은 상기 제1 링크가 상기 제1 회전축 중심으로 회전하는 동작, 상기 제1 링크가 상기 제2 회전축 중심으로 회전하는 동작, 상기 제2 링크가 회전하는 동작 중에서 어느 하나를 수행하거나 동시에 수행하도록 상기 제1 내지 제3 구동 유닛을 제어할 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 로봇 핸드는 제1 프레임; 상기 제1 프레임에 유니버설 조인트에 의하여 회전 가능하게 연결된 제1 링크; 직선 운동을 제공하는 제1 및 제2 구동 유닛; 상기 제1 구동 유닛의 직선 운동에 의하여 상기 제1 링크를 제1 방향으로 회전시킬 수 있도록 상기 제1 구동 유닛과 상기 제1 링크를 연결하고 강체(剛體)로 형성된 제1 리가먼트(ligament); 상기 제2 구동 유닛의 직선 운동에 의하여 상기 제1 링크를 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 회전시킬 수 있도록 상기 제2 구동 유닛과 상기 제1 링크를 연결하고 강체(剛體)로 형성된 제2 리가먼트(ligament); 및 상기 제1 링크가 상기 제1 방향, 상기 제2 방향, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향의 사이 방향 중에서 어느 하나의 방향으로 회전하도록 상기 제1 구동 유닛과 상기 제2 구동 유닛을 제어하는 제어 유닛;을 포함한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 로봇 핸드는 제1 프레임; 상기 제1 프레임에 회전가능하게 연결된 제1 링크; 상기 제1 링크 단부의 제1 회전축에 회전가능하게 연결된 제2 링크; 상기 제2 링크 단부의 제2 회전축에 회전가능하게 연결된 제3 링크; 상기 제1 회전축에 연결되며 상기 제2 링크와 독립적으로 회전이 가능한 커넥트 캠; 직선 운동을 제공하는 제1 및 제2 구동 유닛; 상기 제1 구동 유닛의 직선 운동에 의하여 상기 제2 링크를 회전시킬 수 있도록 상기 제1 구동 유닛과 상기 제2 링크를 연결하고 강체(剛體)로 형성된 제2 링크 구동 바(bar); 상기 제2 구동 유닛의 직선 운동에 의하여 상기 커넥트 캠을 회전시킬 수 있도록 상기 제2 구동 유닛과 상기 커넥트 캠을 연결하고 강체(剛體)로 형성된 제3 링크 연결 바(bar); 및 상기 커넥트 캠이 회전하면 상기 제3 링크가 회전하도록 상기 커넥트 캠과 상기 제3 링크를 연결하는 제3 링크 구동 바(bar);를 포함한다.

또한, 상기 제2 링크와 상기 제3 링크 사이의 각도는 유지되면서 상기 제2 링크가 회전하는 동작, 상기 제1 링크와 상기 제2 링크 사이의 각도는 유지되면서 상기 제3 링크가 회전하는 동작, 상기 제2 및 제3 링크가 동시에 회전하는 동작을 수행하도록 상기 제1 및 제2 구동 유닛을 제어하는 제어 유닛을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 링크는 상기 제1 프레임에 유니버설 조인트에 의하여 회전 가능하게 연결되고, 직선 운동을 제공하는 제3 및 제4 구동 유닛; 상기 제3 구동 유닛의 직선 운동에 의하여 상기 제1 링크를 제1 방향으로 회전시킬 수 있도록 상기 제3 구동 유닛과 상기 제1 링크를 연결하고, 강체(剛體)로 형성된 제1 리가먼트(ligament); 및 상기 제4 구동 유닛의 직선 운동에 의하여 상기 제1 링크를 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 회전시킬 수 있도록 상기 제4 구동 유닛과 상기 제1 링크를 연결하고, 강체(剛體)로 형성된 제2 리가먼트(ligament); 및 상기 제1 링크가 상기 제1 방향, 상기 제2 방향, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향의 사이 방향 중에서 어느 하나의 방향으로 회전하는 동안 상기 제1 및 제2 링크 사이의 각도, 상기 제2 및 제3 링크 사이의 각도 중에서 적어도 어느 하나가 유지되도록 상기 제1 내지 제4 구동 유닛을 제어하는 제어 유닛;을 더 포함할 수 있다.

또한, 제2 프레임; 및 상기 제2 프레임에 대하여 제1 방향으로 회전 가능하도록 상기 제2 프레임에 연결된 로테이션 프레임;를 더 포함하며, 상기 제1 프레임은 상기 제1 방향에 대하여 직교하는 제2 방향으로 회전 가능하도록 상기 로테이션 프레임에 연결되고, 상기 제1 프레임이 상기 제2 프레임에 대하여 상기 제1 방향, 상기 제2 방향, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향의 사이 방향 중에서 어느 하나의 방향으로 회전하도록 하면서, 상기 제1 프레임 및 상기 제1 링크 사이의 각도, 상기 제1 및 제2 링크 사이의 각도, 상기 제2 및 제3 링크 사이의 각도 중에서 적어도 어느 하나가 유지되도록 상기 제1 및 제2 구동 유닛을 제어하는 제어 유닛을 더 포함할 수 있다.

또한, 제2 프레임; 및 상기 제2 프레임에 대하여 제3 방향으로 회전 가능하도록 상기 제2 프레임에 연결된 로테이션 프레임;를 더 포함하며, 상기 제1 프레임은 상기 제3 방향에 대하여 직교하는 제4 방향으로 회전 가능하도록 상기 로테이션 프레임에 연결되고, 상기 제어 유닛은 상기 제1 프레임이 상기 제2 프레임에 대하여 상기 제3 방향, 상기 제4 방향, 상기 제3 방향과 상기 제4 방향의 사이 방향 중에서 어느 하나의 방향으로 회전하도록 하면서, 상기 제1 프레임 및 상기 제1 링크 사이의 각도, 상기 제1 및 제2 링크 사이의 각도, 상기 제2 및 제3 링크 사이의 각도 중에서 적어도 어느 하나가 유지되도록 상기 제1 내지 제3 구동 유닛을 제어할 수 있다.

모터 유닛이 아래팔에 설치됨에 따라 손가락, 손바닥, 손목 등의 부분의 크기를 작게 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 모터의 회전운동을 직진으로 운동으로 바꾸기 위한 부분에만 와이어방식이 적용되고 나머지 부분은 강체 바(bar)를 적용함에 따라 구동력의 손실이 최소화되고 구동력 전달의 정확성이 향상되는 효과가 있다. 즉, 비선형성을 유발하는 요소를 최대한 배제하고 강체로 구동력을 전달하는 요소를 최대한 적용한 것이다.

또한, 엄지는 4 자유도, 검지는 3자유도, 손목은 2 자유도를 가지도록 하여 인간의 손 운동 자유도를 정밀하게 재현할 수 있는 효과가 있다.

또한, 손바닥 프레임이 요 모션 또는 피치 모션을 수행하게 하는 별도의 구동 유닛이 필요없게 되는 효과가 있다.

또한, 손바닥 프레임이 요 모션 또는 피치 모션을 수행하게 하는 별도의 구동 유닛을 두는 경우보다 본 발명의 실시예에 의하면 더 큰 힘을 발휘할 수 있는 효과가 있다. 왜냐하면, 각각의 리가먼트가 동시에 협력하여 요 모션 또는 피치 모션을 수행하게 되므로 각각의 구동 유닛의 힘이 합산되기 때문이다.

본 발명의 기술적 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 핸드의 개략적인 전면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 핸드의 개략적인 측면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 구동 유닛의 개략적인 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 구동 유닛의 개략적인 평면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 핸드의 검지를 구동시키는 구성요소를 나타내는 부분사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 핸드의 검지의 요 모션(yaw motion)을 나타낸 도면으로서, 로봇 핸드의 후면에서 바라본 모습이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 핸드의 제1 링크의 피치 모션(pitch motion)을 나타낸 도면으로서, 로봇 핸드의 측면에서 바라본 모습이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 핸드의 제1 링크가 고정된 상태에서 제2 링크 및 제3 링크의 동작을 나타낸 도면으로서, 로봇 핸드의 측면에서 바라본 모습이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 핸드의 제1 내지 제3 링크의 동작을 나타낸 도면으로서, 로봇 핸드의 측면에서 바라본 모습이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 핸드의 검지의 제1 링크와 손바닥 프레임의 결합구조에 대하여 나타낸 사시도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 핸드의 엄지를 구동시키는 구성요소를 나타내는 부분사시도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 핸드의 엄지의 피치 모션(pitch motion)을 로봇 핸드의 측면에서 바라본 모습이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 핸드의 엄지의 피치 모션(pitch motion)을 로봇 핸드의 후면에서 바라본 모습이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 핸드의 엄지의 요 모션(yaw motion)을 로봇 핸드의 측면에서 바라본 모습이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 핸드의 엄지의 요 모션(yaw motion)을 로봇 핸드의 후면에서 바라본 모습이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 핸드의 엄지의 제1 및 제3 링크가 고정된 상태에서의 동작을 나타낸 도면으로서, 로봇 핸드의 측면에서 바라본 모습이다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 핸드의 엄지의 제1 및 제2 링크가 고정된 상태에서의 동작을 나타낸 도면으로서, 로봇 핸드의 측면에서 바라본 모습이다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 핸드의 엄지의 제2 및 제3 링크가 회전하여 최대 굽힘 상태가 되었을 때의 모습을 나타낸 부분 측면도이다.
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 핸드 엄지의 제3 링크 연결 바, 커넥트 캠 및 제3 링크 구동 바의 구조를 중심으로 나타내고 다른 구성요소들을 일부 생략한 사시도이다.
도 20은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 핸드의 손목의 피치 모션(pitch motion)을 나타낸 측면도이다.
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 핸드의 손목의 요 모션(yaw motion)을 나타낸 측면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 실시예는 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 위하여 과장되게 표현된 부분이 있을 수 있으며, 도면상에서 동일 부호로 표시된 요소는 동일 요소를 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 핸드의 개략적인 전면도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 핸드의 개략적인 측면도이다.

본 발명은 인간의 손과 마찬가지로 5개의 손가락을 가지는 인간형 로봇 핸드를 포함하지만, 설명의 편의를 위하여 엄지와 검지만 포함하는 실시예를 도시하였으며, 이를 토대로 아래에서 상세하게 설명한다. 이러한 실시예는 5개의 손가락을 가지는 로봇 핸드에 그대로 적용가능함은 해당 기술분야의 기술자에게는 자명한 사항이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 로봇 핸드는 검지(110), 엄지(120), 손바닥 프레임(130)(제1 프레임), 및 아래팔(140)(제2 프레임)을 포함한다.

검지(110)(집게 손가락)의 일단은 손바닥 프레임(130)(제1 프레임)에 회전가능하게 결합된다. 검지(110)는 엄지(120)와 대략 50도의 각도를 이루도록 설치될 수 있다. 엄지(120)는 그 길이방향 중심축을 기준으로 대략 12도 회전이 가능하다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 구동 유닛의 개략적인 사시도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 구동 유닛의 개략적인 평면도이다.

구동 유닛은 직선 운동을 제공하는 구성요소로서 검지(110), 엄지(120), 손바닥 프레임(130) 등의 관절을 구동시킬 수 있다.

도 3 및 도 4에서 보듯이, 본 발명의 실시예에 따른 구동 유닛은 모터유닛(201), 제1 방향전환 롤러(202), 양방향 와이어 롤러(203), 와이어 홀더(204), 리니어 브러쉬(205), 드라이버 샤시(206), 드라이빙 바(207), 전진용 와이어(208), 후진용 와이어(209), 제2 방향전환롤러(210), 제3 방향전환롤러(211), 제4 방향전환롤러(212)를 포함한다.

모터 유닛(201)은 모터와 감속기를 포함할 수 있다. 모터 유닛(201)이 정회전하면 양방향 와이어 롤러(203)에 전진용 와이어(208)가 감기게 되며, 동시에 후진용 와이어(209)가 풀리게 된다.

양방향 와이어 롤러(203)에 전진용 와이어(208)가 감기게 되면, 전진용 와이어(208)는 제1 방향전환롤러(202)와 제2 방향전환롤러(210)에 의하여 운동방향이 전환되어 와이어 홀더(204)에 전진방향의 힘을 전달하게 된다. 이에 따라, 강체로 형성된 드라이빙 바(207)가 전진을 하게 된다.

반대로, 모터 유닛(201)이 역회전하면 양방향 와이어 롤러(203)에 후진용 와이어(209)가 감기게 되며, 동시에 전진용 와이어(208)가 풀리게 된다.

양방향 와이어 롤러(203)에 후진용 와이어(209)가 감기게 되면, 후진용 와이어(209)는 제3 방향전환롤러(211)와 제4 방향전환롤러(212)에 의하여 운동방향이 전환되어 와이어 홀더(204)에 후진방향의 힘을 전달하게 된다. 이에 따라, 드라이빙 바(207)가 후진을 하게 된다.

즉, 구동 유닛은 드라이빙 바(207)가 직선 운동을 하도록 모터 유닛(201)에 의하여 제공되는 회전 운동을 직선 운동으로 전환하는 전환 유닛을 포함한다.

전환 유닛은 전진용 와이어(208)와, 후진용 와이어(209)와, 모터 유닛(201)에 의하여 제1 방향으로 회전하면 전진용 와이어(208)가 감기는 동시에 후진용 와이어(209)가 풀리며 제1 방향과 반대방향인 제2 방향으로 회전하면 전진용 와이어(208)가 풀리는 동시에 후진용 와이어(209)가 감기도록 모터 유닛(201)에 연결되는 양방향 와이어 롤러(203)를 포함한다.

또한, 전환 유닛은 양방향 와이어 롤러(203)에 전진용 와이어(208)가 감기는 동시에 양방향 와이어 롤러(203)로부터 후진용 와이어(209)가 풀리면 드라이빙 바(207)를 전진하게 하고, 양방향 와이어 롤러(203)로부터 전진용 와이어(208)가 풀리는 동시에 후진용 와이어(209)가 감기면 드라이빙 바(207)를 후진하게 하도록 전진용 및 후진용 와이어의 진행 방향을 유도하는 와이어 방향전환 수단을 포함한다.

와이어 방향전환 수단은 제1 방향전환 롤러(202), 제2 방향전환롤러(210), 제3 방향전환롤러(211), 제4 방향전환롤러(212)를 포함한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 핸드의 검지를 구동시키는 구성요소를 나타내는 부분사시도이다.

도 5에서 보듯이, 검지(110)는 제1 링크(111), 제2 링크(112), 제3 링크(113)를 포함한다. 제1 링크(111)는 손바닥 프레임(130)에 회전가능하게 연결된다.

구동 유닛의 드라이빙 바(207)는 리가먼트(ligament)(114)에 유니버설 조인트에 의하여 연결될 수 있다. 그리고, 리가먼트(ligament)(114)는 제1 링크(111)에 연결된다. 리가먼트(ligament)(114)는 드라이빙 바(207)의 전진 또는 후진 동작을 제1 링크에 전달하게 된다. 즉, 리가먼트(ligament)(114)는 구동 유닛의 직선 운동에 의하여 제1 링크를 회전시킬 수 있도록 일단은 구동 유닛에 연결되며 타단은 제1 링크에 연결되고 강체로 형성된다.

리가먼트(ligament)(114)는 요 모션 리가먼트(yaw motion ligament)(114a), 피치 모션 리가먼트(pitch motion ligament)(114b), 제2 및 제3 링크 구동 리가먼트(114c)를 포함한다.

요 모션(yaw motion)은 손바닥 프레임(130)의 면에 대하여 대략 직교하는 회전축을 중심으로 회전하는 것을 의미한다. 피치 모션(pitch motion)은 손바닥 프레임(130)의 면에 대하여 대략 평행하는 회전축을 중심으로 회전하는 것을 의미한다.

요 모션 리가먼트(yaw motion ligament)(114a)는 제1 요 모션(yaw motion) 축(114d)을 중심으로 제1 링크(111)가 요 모션(yaw motion)을 하도록 제1 링크(111)에 힘을 전달하며, 제2 요 모션(yaw motion) 축(114e)에 회전가능하게 결합된다. 제1 요 모션(yaw motion) 축(114d) 및 제2 요 모션(yaw motion) 축(114e)은 손바닥 프레임(130)의 면에 대하여 대략 직교하도록 마련될 수 있다.

피치 모션 리가먼트(pitch motion ligament)(114b)는 손바닥 프레임(130)의 면에 대하여 대략 평행하는 피치 모션 축(114f)을 중심으로 제1 링크(111)가 회전하도록 힘을 전달한다.

제2 및 제3 링크 구동 리가먼트(114c)는 제2 링크(112) 및 제3 링크(113)를 구동시키도록 힘을 전달하는 구성요소이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 핸드의 검지의 요 모션(yaw motion)을 나타낸 도면으로서, 로봇 핸드의 후면에서 바라본 모습이다.

도 6에서 보듯이, 검지(110)는 제1 링크(111), 제2 링크(112), 제3 링크(113)를 포함한다.

제1 링크(111)는 제1 요 모션(yaw motion) 축(114d)을 중심으로 좌우로 각각 대략 10도씩 회전가능하다. 요 모션 리가먼트(yaw motion ligament)(114a)는 제2 요 모션(yaw motion) 축(114e)에 회전가능하게 결합되며, 요 모션 리가먼트(yaw motion ligament)(114a)가 검지(110)를 향하여 전진하면 제1 링크(111)가 좌측으로 회전하며, 요 모션 리가먼트(yaw motion ligament)(114a)가 후진하면 제1 링크(111)가 우측으로 회전하게 된다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 핸드의 제1 링크의 피치 모션(pitch motion)을 나타낸 도면으로서, 로봇 핸드의 측면에서 바라본 모습이다.

도 7(a) 및 (b)에서 보듯이, 피치 모션 리가먼트(pitch motion ligament)(114b)가 후진을 하게 되면 피치 모션 로테이션 디스크(115a)가 시계방향으로 약간 회전하게 되며, 이에 따라 제1 링크(111)는 상방으로 대략 10도까지 회전하게 된다.

도 7(c)에서 보듯이, 피치 모션 리가먼트(pitch motion ligament)(114b)가 전진을 하게 되면 피치 모션 로테이션 디스크(115a)가 반시계방향으로 회전하게 되며, 이에 따라 제1 링크(111)는 하방으로 대략 90도까지 회전하게 된다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 핸드의 제1 링크가 고정된 상태에서 제2 링크 및 제3 링크의 동작을 나타낸 도면으로서, 로봇 핸드의 측면에서 바라본 모습이다.

도 8(a) 내지 (c)에서 보듯이, 제2 및 제3 링크 구동 리가먼트(114c)는 제2 및 제3 링크 구동 캠(115b)의 회전축으로부터 편심 위치에 유니버설 조인트에 의하여 연결된다. 이에 따라 제2 및 제3 링크 구동 리가먼트(114c)가 전진 또는 후진을 하면 제2 및 제3 링크 구동 캠(115b)이 반시계 또는 시계방향으로 회전이 가능하다.

제2 링크 구동 바(116a)의 일단은 제2 및 제3 링크 구동 캠(115b)에 연결되며, 타단은 제2 링크 회전축(112a)으로부터 편심 위치의 제2 링크(112)에 유니버설 조인트에 의하여 회전가능하게 연결된다.

제3 링크 구동 바(116b)의 후단부(제1 링크(111)측에 가까운 단부)는 제2 링크 회전축(112a)으로부터 편심 위치에서 제2 링크 관통홈(112b)을 관통하여 제1 링크(111)의 전단부(제2 링크쪽에 가까운 단부)에 회전가능하게 연결된다. 제2 링크 관통홈(112b)은 제2 링크(112)가 회전하더라도 제3 링크 구동 바(116b)의 후단부가 제자리에 위치하도록 형성된다.

제3 링크 구동 바(116b)의 전단부(제3 링크(113)측에 가까운 단부)는 제3 링크 회전축(113a)으로부터 편심 위치에 회전가능하게 연결된다.

따라서, 제2 및 제3 링크 구동 리가먼트(114c)가 전진하면 제2 및 제3 링크 구동 캠(115b)가 반시계 방향으로 회전하게 된다. 이에 따라, 제2 및 제3 링크 구동 캠(115b)에 연결된 제2 링크 구동 바(116a)가 전진을 하게 되며, 동시에 제2 링크(112)가 반시계방향으로 회전하게 된다. 그러나, 제3 링크 구동 바(116b)의 후단부는 제자리에 고정된 상태이므로 제2 링크(112)가 반시계방향으로 회전함에 따라 제3 링크 구동 바(116b)의 전단부는 제3 링크(113)가 반시계방향으로 회전되도록 한다. 이에 따라, 제2 링크(112)가 90도 회전하면 제3 링크(113)도 제2 링크(112)에 대하여 90도 각도로 회전하게 된다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 핸드의 제1 내지 제3 링크의 동작을 나타낸 도면으로서, 로봇 핸드의 측면에서 바라본 모습이다.

도 9(a) 및 (b)에서 보듯이, 피치 모션 리가먼트(pitch motion ligament)(114b)가 후진하면서 동시에 제2 및 제3 링크 구동 리가먼트(114c)가 전진하면 제1 링크(111)는 시계방향으로 대략 10도 정도 회전가능하며, 제2 및 제3 링크 구동 캠(115b)가 반시계 방향으로 회전하면서 제2 링크(112)와 제3 링크(113)가 각각 90도씩 반시계 방향으로 회전가능하다.

한편, 피치 모션 리가먼트(pitch motion ligament)(114b)와 제2 및 제3 링크 구동 리가먼트(114c)가 모두 전진하게 되면, 제1 링크(111)는 대략 82도, 제2 및 제3 링크는 각각 90도씩 회전할 수 있다.(최대 굽힘 운동)

즉, 검지의 제1 링크(111)는 2 자유도(2개의 독립운동: yaw/pitch motion)를 가지며, 제2 링크(112) 및 제3 링크(113)는 1개의 종속운동(제2 링크와 제3 링크의 종속운동)을 하도록 하여 총 3 자유도를 가지게 된다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 핸드의 검지의 제1 링크와 손바닥 프레임의 결합구조에 대하여 나타낸 사시도이다.

도 10에서 보듯이, 손바닥 프레임(130)에 형성된 피치 모션 축(114f)에 피치 모션 로테이션 디스크(115a)가 회전가능하게 결합된다. 또한, 상기 피치 모션 로테이션 디스크(115a)에 인접한 위치에 제2 및 제3 링크 구동 캠 회전축(114g)이 형성되고 제2 및 제3 링크 구동 캠(115b)이 회전가능하게 결합된다.

제2 및 제3 링크 구동 캠(115b)에는 상기 피치 모션 축(114f)에 간섭을 받지 않도록 관통홈이 형성되어 있으며, 상기 관통홈에 피치 모션 축(114f)이 위치한다. 이에 따라 제1 링크(111)가 회전하더라도 소정 각도 범위에서는 제2 및 제3 링크 구동 캠(115b)이 영향을 받지 않고 독립적으로 회전할 수 있다.

제2 링크 구동 바(116a)의 일단은 제2 및 제3 링크 구동 캠(115b)에 유니버설 조인트에 의하여 연결되며, 타단은 제2 링크(112)에 유니버설 조인트에 의하여 연결된다.

요 모션 리가먼트(114a)는 제2 요 모션 축(114e)에 유니버설 조인트에 의하여 회전가능하게 연결되며, 요 모션 리가먼트(114a)가 전진 또는 후진함에 따라 제1 링크(111)는 제1 요 모션(yaw motion) 축(114d)을 중심으로 좌우로 소정 범위에서 회전할 수 있다.

피치 모션 리가먼트(114b)가 전진 또는 후진함에 따라 피치 모션 로테이션 디스크(115a)가 피치 모션 축(114f)을 중심으로 회전할 수 있다.

본 실시예는 제어 유닛(미도시)를 더 포함하며, 제어 유닛은 제1 링크(111), 제2 링크(112) 사이 및 제2 링크(112), 제3 링크(113) 사이의 각도를 변경하는 제1 동작, 제1 링크(111) 및 손바닥 프레임(130) 사이의 각도를 변경하는 제2 동작 중에서 어느 하나를 수행하거나, 제1 동작과 제2 동작을 동시에 수행하도록 복수개의 구동 유닛(200)을 제어할 수 있다.

또한, 제어 유닛(미도시)은 제1,제2 링크 사이 및 제2,제3 링크 사이의 각도를 변경하는 제1 동작, 제1 링크 및 손바닥 프레임 사이의 각도를 변경하는 제2 동작 중에서 어느 하나를 수행하거나, 제1 동작과 제2 동작을 동시에 수행하도록 제1 및 제2 구동 유닛을 제어하도록 마련될 수도 있다.

또한, 제어 유닛(미도시)은 제1 링크가 제1 요 모션 축(114d)을 중심으로 회전하는 동작과, 제1 링크가 피치 모션 축(114f)을 중심으로 회전하는 동작을 동시에 수행하도록 구동 유닛(200)을 제어하도록 마련될 수도 있다.

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 핸드의 엄지를 구동시키는 구성요소를 나타내는 부분사시도이다.

도 11에서 보듯이, 엄지(120)는 제1 링크(121), 제2 링크(122), 제3 링크(123)을 포함한다. 엄지(120)에 동력을 전달하는 리가먼트(124)는 피치 모션 리가먼트(124a), 요 모션 리가먼트(124b), 제2 링크 리가먼트(124c), 제3 링크 리가먼트(124d)를 포함한다. 엄지(120)는 검지(110)의 축방향을 기준으로 50도 가량 경사지게 설치되며, 엄지(120)의 축방향을 기준으로 12도 가량 회전된 상태로 설치된다.

제1 링크(121)가 2 자유도를 가지도록 제1 링크(121)과 손바닥 프레임130)는 서로 유니버셜 조인트에 의하여 연결된다. 또한, 제2 링크(122)와 제3 링크(123)는 각각 독립적으로 구동된다. 이에 따라, 엄지(120)는 총 4 자유도를 가지게 된다.

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 핸드의 엄지의 피치 모션(pitch motion)을 로봇 핸드의 측면에서 바라본 모습이다.

도 13은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 핸드의 엄지의 피치 모션(pitch motion)을 로봇 핸드의 후면에서 바라본 모습이다.

도 12(a) 및 (b)에서 보듯이, 측면에서 보았을 때, 엄지(120)는 피치 모션 리가먼트(124a)가 전진함에 따라 좌측으로 회전하여 검지(110)를 기준으로 대략 57도를 이룰 수 있으며, 피치 모션 리가먼트(124a)가 후진함에 따라 우측으로 회전하여 검지(110)와 대략 평행을 이룰 수 있다.

이때, 엄지(120)가 직선으로 펴진 상태로 피치 모션을 하기 위해서는 피치 모션 리가먼트(124a) 이외의 다른 리가먼트들은 소정 범위에서 전진 또는 후진을 하도록 제어된다. 왜냐하면, 다른 리가먼트들이 고정된 상태에서 피치 모션 리가먼트(124a)만이 동작을 하게 되면 엄지(120)가 피치 포션을 하면서 제1 링크 내지 제3 링크가 구부러지게 되기 때문이다.

도 13에서 보듯이, 후면에서 보았을 때, 엄지(120)는 피치 모션 리가먼트(124a)가 전진함에 따라 좌측으로 회전하여 검지(110)를 기준으로 대략 62.5도를 이룰 수 있으며, 피치 모션 리가먼트(124a)가 후진함에 따라 우측으로 회전하여 검지(110)와 대략 60도를 이룰 수 있다.

도 14는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 핸드의 엄지의 요 모션(yaw motion)을 로봇 핸드의 측면에서 바라본 모습이다.

도 15는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 핸드의 엄지의 요 모션(yaw motion)을 로봇 핸드의 후면에서 바라본 모습이다.

도 14에서 보듯이, 요 모션 리가먼트(124b)가 전진 또는 후진함에 따라 엄지(120)는 검지(110)를 기준으로 평행하거나 좌측으로 40도 가량 회전가능하다.

도 15에서 보듯이, 요 모션 리가먼트(124b)가 전진 또는 후진함에 따라 엄지(120)는 좌우측으로 회전하여 검지(110)를 기준으로 대략 21.3도 내지 65도를 이룰 수 있다.

도 16은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 핸드의 엄지의 제1 및 제3 링크가 고정된 상태에서의 동작을 나타낸 도면으로서, 로봇 핸드의 측면에서 바라본 모습이다.

도 16에서 보듯이, 제2 링크 리가먼트(124c)가 전진함에 따라 제2 링크 구동 바(125a)가 전진하게 되고, 이에 따라 제2 링크(122)가 반시계 방향으로 대략 90도까지 회전하게 된다. 이때, 제3 링크 리가먼트(124d)가 소정 거리만큼 전진하여 제3 링크 연결 바(125b)를 반시계 방향으로 회전시키도록 제어부(미도시)에 의하여 구동 유닛(200)이 제어될 수 있다. 이에 따라, 커넥트 캠(125d)은 제2 링크(122)의 회전량 만큼 회전하게 됨에 따라 제2 링크(122)와 제3 링크(123) 사이의 각도가 일정하게 유지된다.

도 17은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 핸드의 엄지의 제1 및 제2 링크가 고정된 상태에서의 동작을 나타낸 도면으로서, 로봇 핸드의 측면에서 바라본 모습이다.

도 17에서 보듯이, 제3 링크 리가먼트(124d)가 전진하게 되면 제3 링크 연결 바(125b)가 전진하면서 커넥트 캠(125d)을 시계방향으로 회전시키게 된다. 이에 따라, 커넥트 캠(125d)에 연결된 제3 링크 구동 바(125c)가 전진하게 되고 제3 링크(123)가 반시계 방향으로 회전하게 된다. 커넥트 캠(125d)은 제2 링크(122)의 회전에 간섭이 없이 독립적으로 회전이 가능하므로 제2 링크(122)는 고정인 상태로 제3 링크(123)만이 회전하게 된다.

즉, 커넥트 캠(125d)은 제3 링크 연결 바(125b)에 전달된 힘을 제3 링크 구동 바(125c)에 전달하도록 제2 링크(122)와 제1 링크(121) 사이의 제1 회전축(126a)에 회전가능하게 결합되어 있다.

다시 말하면, 제1 회전축(126a)을 중심으로 커넥트 캠(125d)이 시계방향으로 회전하게 되면, 제3 링크 구동 바(125c)가 전진하게 되고, 제3 링크(123)가 제2 회전축(126b)을 중심으로 반시계 방향으로 대략 90도까지 회전하게 되는 것이다.

도 18은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 핸드의 엄지의 제2 및 제3 링크가 회전하여 최대 굽힘 상태가 되었을 때의 모습을 나타낸 부분 측면도이다.

사람의 손 동작을 최대한 재현하도록 엄지의 제1 링크(121)는 2 자유도를 가지므로 엄지는 총 4 자유도를 가지게 된다.

도 18에서 보듯이, 제2 링크 리가먼트(124c)가 전진하게 되면, 제2 링크 구동 바(125a)가 전진하게 되고, 이에 따라 제2 링크(122)가 반시계 방향으로 회전하게 된다. 이때, 제3 링크 리가먼트(124d)는 정지상태에 있으므로 커넥트 캠(125d)은 제2 링크(122)의 회전에 불구하고 회전하지 않으므로 상대적으로 제3 링크 구동 바(125c)가 제3 링크(123)을 반시계 방향으로 회전시키게 된다.

이에 따라, 제1 링크(121)와 제2 링크(122) 사이, 및 제2 링크(122)와 제3 링크(123) 사이의 각도는 각각 대략 90도까지 회전하도록 제어 유닛(미도시)에 의하여 구동 유닛(200)이 제어될 수 있다.

도 19는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 핸드 엄지의 제3 링크 연결 바, 커넥트 캠 및 제3 링크 구동 바의 구조를 중심으로 나타내고 다른 구성요소들을 일부 생략한 사시도이다.

도 19에서 보듯이, 제3 링크 리가먼트(124d)는 회전 바(125e)에 유니버설 조인트에 의하여 연결되어 전진하게 되면, 회전 바(125e)가 제3 링크 연결 바(125b)를 전진시키게 되고, 이에 따라 커넥트 캠(125d)가 시계방향으로 회전하게 되며, 제3 링크 구동 바(125c)가 전진하면서 제3 링크(123)이 반시계 방향으로 회전하게 된다.

제1 링크(121)의 단부에는 제1 링크 유니버설 조인트(131)가 설치되며, 손바닥 프레임(130)에 회전가능하게 연결된다.

본 실시예는 제어 유닛(미도시)를 더 포함하며, 제어 유닛은 제1 링크가 제1 방향, 제2 방향, 제1 방향과 제2 방향의 사이 방향 중에서 어느 하나의 방향으로 회전하도록 복수개의 구동 유닛(200)을 제어하도록 마련될 수 있다.

또한, 제어 유닛(미도시)은 제2 링크와 제3 링크 사이의 각도는 유지되면서 제2 링크가 회전하는 동작, 제1 링크와 상기 제2 링크 사이의 각도는 유지되면서 제3 링크가 회전하는 동작, 제2 및 제3 링크가 동시에 회전하는 동작을 수행하도록 복수개의 구동 유닛(200)을 제어하도록 마련될 수 있다.

또한, 제어 유닛(미도시)은 제1 링크가 제1 방향, 제2 방향, 제1 방향과 제2 방향의 사이 방향 중에서 어느 하나의 방향으로 회전하는 동안 제1 및 제2 링크 사이의 각도, 제2 및 제3 링크 사이의 각도 중에서 적어도 어느 하나가 유지되도록 복수개의 구동 유닛을 제어하도록 마련될 수 있다.

또한, 제어 유닛은 손바닥 프레임이 아래팔 프레임에 대하여 제1 방향, 제2 방향, 제1 방향과 제2 방향의 사이 방향 중에서 어느 하나의 방향으로 회전하도록 하면서, 제1 프레임 및 제1 링크 사이의 각도, 제1 및 제2 링크 사이의 각도, 제2 및 제3 링크 사이의 각도 중에서 적어도 어느 하나가 유지되도록 복수개의 구동 유닛을 제어하도록 마련될 수 있다.

또한, 제어 유닛(미도시)은 손바닥 프레임이 아래팔 프레임에 대하여 제3 방향, 제4 방향, 제3 방향과 제4 방향의 사이 방향 중에서 어느 하나의 방향으로 회전하도록 하면서, 손바닥 프레임 및 제1 링크 사이의 각도, 제1 및 제2 링크 사이의 각도, 제2 및 제3 링크 사이의 각도 중에서 적어도 어느 하나가 유지되도록 복수개의 구동 유닛을 제어하도록 마련될 수 있다.

도 20은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 핸드의 손목의 피치 모션(pitch motion)을 나타낸 측면도이다.

도 21은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 핸드의 손목의 요 모션(yaw motion)을 나타낸 측면도이다.

도 20 및 도 21에서 보듯이, 복수개의 구동 유닛(200)은 아래팔(forearm) 프레임(140)에 설치될 수 있다. 아래팔 프레임(140)에는 로테이션 프레임(141)이 요 모션 회전축(142)을 중심으로 회전 가능하도록 설치되어서 요 모션을 수행할 수 있다.

또한, 로테이션 프레임(141)에는 손바닥 프레임(130)이 피치 모션 회전축(143)을 중심으로 회전 가능하도록 설치되어서 피치 모션을 수행할 수 있다.

복수개의 구동 유닛(200)은 각각의 리가먼트(114a, 114b, 114c, 124a, 124b, 124c, 124d)에 직선 운동을 전달할 수 있도록 연결되어 있다.

각각의 리가먼트(114a, 114b, 114c, 124a, 124b, 124c, 124d)가 개별적으로 동작하면 각각 엄지 또는 검지의 특정 링크를 동작시키게 된다. 그러나, 각각의 리가먼트(114a, 114b, 114c, 124a, 124b, 124c, 124d)가 동시에 동작하면서 소정의 방향으로 소정의 거리만큼 전진 또는 후진을 하게 되면 손바닥 프레임(130)이 요 모션 또는 피치 모션을 수행할 수 있게 된다.

즉, 손바닥 프레임(130)이 요 모션 또는 피치 모션을 수행하게 하는 별도의 구동 유닛이 필요없게 되는 효과가 있다.

또한, 손바닥 프레임(130)이 요 모션 또는 피치 모션을 수행하게 하는 별도의 구동 유닛을 두는 경우보다 본 발명의 실시예에 의하면 더 큰 힘을 발휘할 수 있는 효과가 있다. 왜냐하면, 각각의 리가먼트(114a, 114b, 114c, 124a, 124b, 124c, 124d)가 동시에 협력하여 요 모션 또는 피치 모션을 수행하게 되므로 각각의 구동 유닛의 힘이 합산되기 때문이다.

특정 동작을 위하여 각각의 리가먼트가 이동해야할 거리를 제어 유닛(미도시)에 의하여 연산하고, 연산된 값에 따라 각각의 리가먼트에 연결된 구동 유닛(200)에 제어 신호를 전달함으로써 요 모션 또는 피치 모션을 수행할 수 있게 된다.

또한, 손바닥 프레임(130)이 요 모션 또는 피치 모션을 수행할 때 엄지와 검지가 구부러지지 않는 동작을 수행하기 위해서는 마찬가지로 각각의 리가먼트가 이동해야할 거리를 제어 유닛(미도시)에 의하여 연산하고, 연산된 값에 따라 각각의 리가먼트에 연결된 구동 유닛(200)에 제어 신호를 전달함으로써 엄지와 검지가 구부러지지 않으면서 요 모션 또는 피치 모션을 수행할 수 있게 된다.

본 발명은 인간의 손과 마찬가지로 5개의 손가락을 가지는 인간형 로봇 핸드를 포함하지만, 설명의 편의를 위하여 엄지와 검지만 포함하는 실시예를 도시하였으며, 이를 토대로 위에서 상세하게 설명하였다. 이러한 실시예는 5개의 손가락을 가지는 로봇 핸드에 그대로 적용가능함은 해당 기술분야의 기술자에게는 자명한 사항이다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

Claims (17)

1. 손바닥 프레임;
   상기 손바닥 프레임의 일단에 회전가능하게 연결된 제1 링크와 상기 제1 링크의 단부에 회전가능하게 연결된 제2 링크를 포함하는 손가락;
   상기 손바닥 프레임의 타단에 연결된 아래팔 프레임;
   상기 아래팔 프레임에 설치되는 모터 유닛과, 강체(剛體)로 형성된 드라이빙 바(bar)와 상기 드라이빙 바가 직선 운동을 하도록 상기 모터 유닛에 의하여 제공되는 회전운동을 직선운동으로 전환하는 전환 유닛을 포함하는 제1 구동유닛과 제2 구동유닛;
   상기 제1 구동 유닛의 상기 드라이빙 바에 일단이 연결되고, 상기 드라이빙 바의 직선 운동을 상기 제1 링크에 제공하도록 타단이 상기 제1 링크에 연결된 강체로 형성된 제1 리가먼트;
   상기 제2 구동 유닛의 상기 드라이빙 바에 일단이 연결되고, 상기 드라이닝 바의 직선 운동을 상기 제2 링크에 제공하도록 타단이 상기 제2 링크에 연결된 강체로 형성된 제2 리가먼트를 포함하고,
   상기 전환 유닛은 제1 및 제2 와이어, 상기 모터 유닛에 의하여 제1 방향으로 회전하면 상기 제1 와이어가 감기는 동시에 상기 제2 와이어가 풀리며, 상기 제1 방향과 반대방향인 제2 방향으로 회전하면 상기 제1 와이어가 풀리는 동시에 상기 제2 와이어가 감기도록 상기 모터 유닛에 연결되는 롤러, 상기 롤러에 상기 제1 와이어가 감기는 동시에 상기 롤러로부터 상기 제2 와이어가 풀리면 상기 드라이빙 바를 전진하게 하고, 상기 롤러로부터 상기 제1 와이어가 풀리는 동시에 상기 롤러에 상기 제2 와이어가 감기면 상기 드라이빙 바를 후진하게 하도록 상기 제1 및 제2 와이어의 진행 방향을 유도하는 와이어 방향전환 수단;을 포함하는 로봇 핸드.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 손바닥 프레임에 형성된 제1 회전축에 회전가능하게 연결된 상기 제1 링크, 상기 제1 회전축과 인접하도록 상기 손바닥 프레임에 형성된 제2 회전축에 회전가능하게 연결되며 상기 제1 링크의 회전에 대하여 독립적으로 회전가능한 제1 캠을 구비하고,
   상기 제 1리가먼트는 상기 드라이빙 바의 직선 운동에 의하여 상기 제1 캠을 회전시킬 수 있도록 상기 구동 유닛과 상기 제1 캠을 연결하고,
   상기 제1 캠의 회전에 의하여 상기 제2 링크가 회전할 수 있도록 상기 제1 캠과 상기 제2 링크를 연결하는 강체(剛體)로 형성된 제2 링크 구동 바(bar), 상기 제2 링크 구동 바에 의하여 상기 제2 링크가 회전할 때 상기 제2 링크에 결합된 제3 링크도 같은 방향으로 회전할 수 있도록 일단은 상기 제1 링크에 연결되며 타단은 상기 제3 링크에 연결된 강체(剛體)로 형성된 제3 링크 구동 바(bar);를 포함하는 로봇 핸드.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 링크를 고정한 상태에서도 상기 제2 및 제3 링크를 회전시킬 수 있도록 상기 제1 구동 유닛을 제어하는 제어유닛을 더 포함하는 로봇 핸드.
   
4. 제2항에 있어서,
   상기 제1 링크에 인접한 상기 제2 링크의 단부에는 관통홈이 형성되고 상기 제3 링크 구동바의 상기 일단은 상기 관통홈을 관통하여 상기 제1 링크에 회전가능하게 연결된 로봇 핸드.
   
5. 제2항에 있어서, 상기 제1,제2 링크 사이 및 상기 제2,제3 링크 사이의 각도를 변경하는 제1 동작, 상기 제1 링크 및 상기 제1 프레임 사이의 각도를 변경하는 제2 동작 중에서 어느 하나를 수행하거나, 상기 제1 동작과 상기 제2 동작을 동시에 수행하도록 상기 제1 및 제2 구동 유닛을 제어하는 제어 유닛;을 더 포함하는 로봇 핸드.
   
6. 제 1항에 있어서, 상기 손바닥 프레임에 제1 방향으로 형성된 제1 회전축에 회전가능하게 연결된 로테이션 디스크, 상기 로테이션 디스크에 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 형성된 제2 회전축에 회전가능하게 연결된 상기 제1 링크를 구비하고, 상기 제1 리가먼트는 상기 제1 구동 유닛의 직선 운동에 의하여 상기 제1 링크가 상기 제2 회전축을 중심으로 회전할 수 있도록 상기 제1 구동 유닛과 상기 제1 링크를 연결하고, 상기 제1 링크가 상기 제2 방향으로 회전하도록 상기 제1 구동 유닛을 제어하는 제어 유닛;을 포함하는 로봇 핸드.
   
7. 제6항에 있어서, 상기 제2 리가먼트는 상기 제2 구동 유닛의 직선 운동에 의하여 상기 로테이션 디스크를 상기 제1 회전축을 중심으로 회전할 수 있도록 상기 제2 구동 유닛과 상기 로테이션 디스크를 연결하고, 상기 제어 유닛은 상기 제1 링크가 상기 제1 회전축 중심으로 회전하는 동작과 상기 제1 링크가 상기 제2 회전축 중심으로 회전하는 동작을 동시에 수행하도록 상기 제1 및 제2 구동 유닛을 제어하는 로봇 핸드.
   
8. 제7항에 있어서, 상기 제1 회전축과 인접하도록 상기 제1 프레임에 형성된 제3 회전축에 회전가능하게 연결되며 상기 제1 링크의 상기 제1 회전축을 중심으로 한 회전에 대하여 독립적으로 회전가능한 제1 캠, 상기 아래팔 프레임에 구비되는 제3 구동 유닛, 상기 제3 구동 유닛의 직선 운동에 의하여 상기 제1 캠을 회전시킬 수 있도록 상기 제3 구동 유닛과 상기 제1 캠을 연결하고 강체(剛體)로 형성된 제3 리가먼트(ligament)를 구비하고,
   상기 제1 캠의 회전에 의하여 상기 제2 링크가 회전할 수 있도록 상기 제1 캠과 상기 제2 링크를 연결하는 강체(剛體)로 형성된 제2 링크 구동 바(bar)를 구비하며,
   상기 제어 유닛은 상기 제1 링크가 상기 제1 회전축 중심으로 회전하는 동작, 상기 제1 링크가 상기 제2 회전축 중심으로 회전하는 동작, 상기 제2 링크가 회전하는 동작 중에서 어느 하나를 수행하거나 동시에 수행하도록 상기 제1 내지 제3 구동 유닛을 제어하는 로봇 핸드.
   
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