KR101467504B1

KR101467504B1 - 로봇 손가락 모듈

Info

Publication number: KR101467504B1
Application number: KR1020130044894A
Authority: KR
Inventors: 임진환; 이수영
Original assignee: 주식회사 로보멕
Priority date: 2013-04-23
Filing date: 2013-04-23
Publication date: 2014-12-01
Also published as: KR20140126562A

Abstract

본 발명은 로봇 손가락 모듈에 관한 것으로, 제1마디부재, 제2마디부재, 제3마디부재 및 제4마디부재를 갖는 손가락부재와; 일측이 제1마디부재와 팬운동축으로 연결되고, 타측이 제2마디부재와 팬운동축에 직교되는 틸트운동축으로 연결되는 마디연결부재와; 제1마디부재와 마디연결부재를 상호 연결하여 지지하며, 팬운동축을 기준으로 마디연결부재를 팬운동시키는 한 쌍의 제1링크와; 제2마디부재와 제4마디부재를 연결되고, 제3마디부재의 틸트운동에 의해 연동되어 제4마디부재를 틸트운동축을 기준으로 틸트운동시키는 제2링크와; 제1마디부재, 제2마디부재 및 제3마디부재를 구동시키는 구동원으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

로봇 손가락 모듈{Robot finger module}

본 발명은 로봇 손가락 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 첫마디뼈 작용을 하는 제2마디부재에 연결되는 마디연결부재에 손허리뼈 작용을 하는 제1마디부재를 하나의 핀으로 연결한 상태에서 핀의 연결방향과 직교되는 방향으로 제1마디부재와 평행을 이루도록 마디연결부재에 제1마디부재를 한 쌍의 제1링크로 연결함으로써 제2마디부재에 제1마디부재를 견고하게 지지함과 동시에 제1마디부재에 배치된 구동원을 이용하여 마디연결부재를 팬운동시켜 마디연결부재에 연결된 제2마디부재를 팬운동시킴으로써 팬운동을 용이하게 구현할 수 있는 로봇의 손가락 모듈에 관한 것이다.

인간형 로봇(humanoid)은 인간과 유사한 행동을 가질 수 있도록 개발된다. 인간형 로봇은 인간과 유사한 행동할 수 있도록 개발됨으로 정밀한 동작을 위해 로봇 손이 개발되고 있으며, 이러한 로봇 손의 정밀한 동작을 위해 정밀한 동작이 가능한 로봇 손가락 모듈기구가 요구된다.

한국등록특허 제637956호(특허문헌 1)는 로봇 손가락 모듈 구조에 관한 것으로, 모터, 베벨 기어, 와이어 링, 제3마디, 제2마디, 손끝마디 및 와이어로 이루어져 모터의 회전력에 의해 제2마디와 손끝마디가 연동되어 구부러지거나 펴지도록 한다. 즉, 모터는 손가락을 이동시키기 위한 회전력을 제공하며, 베벨 기어는 모터를 연결하여 수평방향 회전을 수직방향 회전으로 변경시킨다. 와이어 링은 베벨 기어에 결합되어 회전하며, 제3마디는 모터를 내재하고 와이어링이 상부의 힌지부에 배치된다. 제2마디는 제3마디의 상단의 힌지부에 결합되며, 손끝마디는 제2마디의 상단에 결합되며 물체와 접촉하며, 와이어는 손끝마디와 와이어 링을 'X' 자로 연결하여 모터의 회전에 의하여 제2마디와 손끝마디가 연동되도록 한다.

특허문헌 1과 같은 종래의 로봇 손가락 모듈은 베벨 기어와 와이어를 통해 제2마디와 제3마디의 틸트운동만이 가능함으로써 로봇 손가락 모듈기구와 물체 사이의 접촉 위치를 가변시킬 수 없어 섬세한 동작이 블가능한 문제점이 있으며, 로봇 손가락 모듈의 팬운동 구현 시 팬운동축 구현이 용이하지 못한 문제점이 있다.

특허문헌 1: 한국등록특허 제637956호(등록일:2006.10.17.17)

본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 첫마디뼈 작용을 하는 제2마디부재에 연결되는 마디연결부재에 손허리뼈 작용을 하는 제1마디부재를 하나의 핀으로 연결한 상태에서 핀의 연결방향과 직교되는 방향으로 제1마디부재와 평행을 이루도록 마디연결부재에 제1마디부재를 한 쌍의 제1링크로 연결함으로써 제2마디부재에 제1마디부재를 견고하게 지지함과 동시에 제1마디부재에 배치된 구동원을 이용하여 마디연결부재를 팬운동시켜 마디연결부재에 연결된 제2마디부재를 팬운동시킴으로써 팬운동을 용이하게 구현할 수 있는 로봇의 손가락을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 한 개의 제2마디부재에 두 개의 구동원을 배치함에 의해 로봇 손가락 모듈을 콤팩트하게 구현하며, 제1마디부재와 제2마디부재에 각각 구동원을 배치하여 제1마디부재와 제2마디부재와 제3마디부재를 구동원에 의해 직접적으로 팬틸트운동시킴에 의해 정교한 동작이 가능한 로봇의 손가락을 제공함에 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 손가락 모듈은 제1마디부재, 제2마디부재, 제3마디부재 및 제4마디부재를 갖는 손가락부재와; 일측이 제1마디부재와 팬운동축으로 연결되고, 타측이 제2마디부재와 팬운동축에 직교되는 틸트운동축으로 연결되는 마디연결부재와; 상기 제1마디부재와 마디연결부재를 상호 연결하여 지지하며, 팬운동축을 기준으로 마디연결부재를 팬운동시키는 한 쌍의 제1링크와; 제2마디부재와 제4마디부재를 연결되고, 제3마디부재의 틸트운동에 의해 연동되어 제4마디부재를 틸트운동축을 기준으로 틸트운동시키는 제2링크와; 상기 제1마디부재, 제2마디부재 및 제3마디부재를 구동시키는 구동원으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 로봇 손가락 모듈은 첫마디뼈 작용을 하는 제2마디부재에 연결되는 마디연결부재에 손허리뼈 작용을 하는 제1마디부재를 하나의 핀으로 연결한 상태에서 핀의 연결방향과 직교되는 방향으로 제1마디부재와 평행을 이루도록 마디연결부재에 제1마디부재를 한 쌍의 제1링크로 연결함으로써 제2마디부재에 제1마디부재를 견고하게 지지함과 동시에 제1마디부재에 배치된 구동원을 이용하여 마디연결부재를 팬운동시켜 마디연결부재에 연결된 제2마디부재를 팬운동시킴으로써 팬운동을 용이하게 구현할 수 있는 이점이 있고, 한 개의 제2마디부재에 두 개의 구동원을 배치함에 의해 로봇 손가락 모듈을 콤팩트하게 구현할 수 있는 이점이 있으며, 제1마디부재와 제2마디부재에 각각 구동원을 배치하여 제1마디부재와 제2마디부재와 제3마디부재를 구동원에 의해 직접적으로 팬틸트운동시킴에 의해 정교한 동작이 가능한 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 손가락 모듈의 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 로봇 손가락 모듈의 분해 사시도,
도 3은 본 발명의 요부인 제1 내지 제3 액츄에이터 모듈을 다른 방향에서 바라본 분해 사시도,
도 4 내지 도 6은 각각 본 발명의 로봇 손가락 모듈의 동작 상태를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 로봇 손가락 모듈의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 손가락 모듈은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 손가락부재(110), 마디연결부재(120), 한 쌍의 제1링크(130), 제2링크(140), 구동원(즉, 제1액츄에이터 모듈(150), 제2액츄에이터 모듈(160) 및 제3액츄에이터 모듈(170))으로 크게 구성된다.

손가락부재(110)는 제1마디부재(111), 제2마디부재(112), 제3마디부재(113) 및 제4마디부재(114)로 이루어지게 된다. 그리고, 상기 제2마디부재(112), 제3마디부재(113) 및 제4마디부재(114)는 각각의 일측과 타측이 틸트운동축(T1,T2,T3)에 의해 상호 연결되어 틸트운동축(T1,T2,T3)을 기준으로 틸트(Tilt)운동을 수행하게 된다.

그리고, 마디연결부재(120)는 제1마디부재(111)와 팬운동축(P)으로 연결되며, 팬운동축(P)과 직교하는 틸트운동축(T1)으로 제2마디부재(112)와 연결된다.

상기 한 쌍의 제1링크(130)는 각각 제1마디부재(111)와 마디연결부재(120)를 연결하여 제1마디부재(111)에 마디연결부재(120)를 지지하는 역할을 수행하게 된다. 그리고, 상기 제1링크(130)는 제1마디부재(111)에 배치된 구동원에 의해 시소운동되어 팬운동축(P)을 기준으로 마디연결부재(120)가 팬운동을 수행하게 된다.

그리고, 상기 제2링크(140)는 제2마디부재(112)와 제4마디부재(114)를 연결하며, 제2마디부재(112)와 제3마디부재(113)에 연결되는 틸트운동축(T2)을 기준으로 제3마디부재(113)의 틸트운동에 연동되어 제4마디부재(114)가 틸트운동을 수행하게 구성된다.

상기 제1액츄에이터 모듈(150)은 제2마디부재(112)의 내측에 배치되어 마디연결부재(120)의 일측과 제2마디부재(112)의 타측을 연결하는 틸트운동축(T1)을 기준으로 제2마디부재(112)를 틸트운동시키게 된다.

상기 제2액츄에이터 모듈(160)은 제2마디부재(112)의 내측에 제2마디부재(112)의 길이방향으로 제1액츄에이터 모듈(150)과 일렬로 배열되도록 배치되어 마디연결부재(120)의 일측과 제3마디부재(113)의 타측을 연결하는 틸트운동축(T2)을 기준으로 제3마디부재(113)를 틸트운동시키게 구성된다.

상기 제3액츄에이터 모듈(170)은 제1마디부재(111)의 일측에 배치되며 제1링크(130)와 연결되어 제1링크(130)를 시소운동시켜 제2마디부재(112)가 팬운동축(P)을 기준으로 패닝운동시키게 구성된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 손가락 모듈에 대하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

손가락부재(110)는 도 1 내지 도 3에서와 같이 제1마디부재(111), 제2마디부재(112), 제3마디부재(113)및 제4마디부재(114)가 구비되며, 팬운동축(P)과 직교되며 서로 이격되어 평행이되도록 배치되는 다수개의 틸트운동축(T1,T2,T3)이 구비된다.

상기 손가락부재(110)의 제1마디부재(111)는 도 2에 도시된 바와 같이, 손허리 연결판(111a), 손허리판(111b) 및 한 쌍의 시소운동블럭(111c)으로 구성된다.

상기 손허리 연결판(111a)은 마디연결부재(120)와 팬운동축(P)으로 연결되며, 팬운동축(P)은 손허리 연결판(111a)과 마디연결부재(120)에 각각 형성된 삽입공(CH)에 삽입되어 마디연결부재(120)가 팬운동축(P)을 기준으로 회동되도록 구성된다.

상기 손허리판(111b)은 손허리 연결판(111a)의 타측에 형성되며, 일측(즉, 일면)에 제3액츄에이터 모듈(170)이 볼트나 나사와 같은 체결부재(F)로 체결되어 배치된다.

상기 한 쌍의 시소운동블럭(111c)은 손허리판(111b)의 일측에 각각 위치되도록 배치되어 제3액츄에이터 모듈(170)과 연결되며, 제3액츄에이터 모듈(170)에 의해 회전되어 제1링크(130)를 시소운동시키게 된다. 즉, 한 쌍의 시소운동블럭(111c) 중 하나는 도 2에서와 같이 연결부재(111d)에 의해 제3액츄에이터 모듈(170)의 출력단(12a)과 연결되어 제3액츄에이터 모듈(170)에서 발생된 회전력에 의해 회전하게 된다. 한 쌍의 시소운동블럭(111c) 중 다른 하나는 제3액츄에이터 모듈(170)의 한 쌍의 기어(13) 중 출력단(12a)과 동축으로 배치되는 기어(13)에 연결되는 연결축(CS)에 연결되어 제3액츄에이터 모듈(170)에서 발생된 회전력에 의해 회전되는 시소운동블럭(111c)에 의해 시소운동하는 한 쌍의 제1링크(130)에 연결되어 제1링크(130)의 시소운동에 의해 회전하게 된다.

상기 제2마디부재(112)는 도 2에 도시된 바와 같이, 제1반원통형 부재(112a), 제2반원통형 부재(112b) 및 사각통형 부재(112c)로 구성된다.

제1반원통형 부재(112a)는 마디연결부재(120)와 틸트운동축(T1)으로 연결되고, 틸트운동축(T1)과 연결되는 제1액츄에이터 모듈(150)의 출력단(12a)이 삽입되어 체결부재(F)로 체결되어 배치되며, 틸트운동축(T1)은 제1반원통형 부재(112a)의 일면(일측)에 형성된 삽입공(도시되지 않음)을 통해 연결된다. 제1반원통형 부재(112a)의 타면(타측)은 제1액츄에이터 모듈(150)의 출력단(12a)과 연결되는 키부재(112d)가 연결되는 삽입공(CH)이 형성된다.

제2반원통형 부재(112b)는 제1반원형 부재(112a)와 대향되게 배치되어 제3마디부재(113)와 틸트운동축(T2)으로 연결되고, 틸트운동축(T2)과 연결되는 제2액츄에이터 모듈(160)의 출력단(12a)이 삽입되어 체결부재(F)에의해 체결되며, 틸트운동축(T2)은 제2반원통형 부재(112b)에 형성된 삽입공(CH)에 삽입되도록 배치되어 제2액츄에이터 모듈(160)의 한 쌍의 기어(13) 중 출력단(12a)과 동축으로 배치되는 기어(13)에 연결된다. 이러한 제2반원통형 부재(112b)는 틸트운동축(T2)과 이격되도록 제2링크(140)에 연결되는 핀(CP)을 삽입하여 연결된다. 즉, 제2반원통형 부재(112b)는 일면(일측)의 중앙에 틸트운동축(T2)이 삽입되어 연결되는 삽입공(CH)이 형성되며, 상기 삽입공(CH)과 이격되어 제2링크(140)에 연결되는 핀(CP)이 삽입되어 연결되도록 삽입공(CH)이 형성된다.

사각통형 부재(112c)는 제1반원통형 부재(112a), 제2반원통형 부재(112b) 사이에 연결되며, 내측에 제1액츄에이터 모듈(150)과 제2액츄에이터 모듈(160)이 길이방향으로 일렬로 배열되도록 삽입되어 배치되며, 제1액츄에이터 모듈(150)과 제2액츄에이터 모듈(160)은 각각 서로의 출력단(12a) 즉, 연결링(15)이 대향되며, 서로의 일측과 타측이 접하도록 사각통형 부재(112c)의 내측에 일렬로 배치된다.

상기 제1액츄에이터 모듈(150)과 제2액츄에이터 모듈(160)은 각각 서로의 출력단(12a)이 대향되게 배치되며, 서로의 일측과 타측이 접하도록 사각통형 부재(11c)의 내측에 일렬로 일체로 조립되어 배치된다.

상기 제3마디부재(113)는 한 쌍의 중간마디부재(113a)로 이루어진다. 한 쌍의 중간마디부재(113a)는 서로 체결부재(F)로 체결되어 대향되게 결합되고, 각각 일측과 타측이 각각 틸트운동축(T2,T3)으로 제2마디부재(112)와 제4마디부재(114)와 연결되며, 틸트운동축(T2,T3)은 각각 한 쌍의 중간마디부재(113a)의 일측과 타측에 각각 형성되는 삽입공(CH)에 삽입되어 연결된다. 이러한 한 쌍의 중간마디부재(113a) 중 하나는 타측에 제2액츄에이터 모듈(160)의 출력단(12a)과 연결되는 연결부재(113b)가 연결되어 제2액츄에이터 모듈(160)에 발생된 회전력에 의해 제3마디부재(113)가 틸팅축(T2)을 기준으로 틸트운동되도록 한다.

상기 제4마디부재(114)는 끝마디부재(114a)와 곡면돌출부(114b)로 구성된다. 끝마디부재(114a)는 손가락부재(110)의 끝단에 위치되며, 내측에 6축 토크 센서(114c)가 배치된다. 6축 토크 센서(114c)는 제4마디부재(114)가 물체(도시 않음)로 가하는 힘과 물체를 가압하는 위치를 측정한다. 곡면돌출부(114b)는 끝마디부재(114a)의 타측에 형성되며, 일측에 제3마디부재(113)와 연결되는 틸트운동축(T3)이 연결되고, 제2링크(140)가 핀(CP)을 개재하여 삽입되도록 한 쌍의 삽입공(CH)이 형성된다.

손가락부재(110)에 구비되는 다수개의 틸트운동축(T1,T2,T3)은 각각 도 1 내지 도 3에서와 같이 마디연결부재(120)와 제2마디부재(112)와 제3마디부재(113)와 제4마디부재(114)의 각각 일측과 타측이 서로 연결되도록 팬운동축(P)과 직교되는 방향으로 마디연결부재(120)와 제2마디부재(112)와 제3마디부재(113)와 제4마디부재(114)에 각각 연결된다. 이러한 다수개의 틸트운동축(T1,T2,T3)은 각각 손가락부재(110)의 폭방향(Z)과 평행이 되도록 배치되며, 팬운동축(P)은 손가락부재(110)의 두께방향(Y)과 평행이 되도록 배치되어 틸트운동축(T1,T2,T3)과 팬운동축(P)은 서로 직교되도록 배치된다.

다수개의 틸트운동축(T1,T2,T3)을 보다 상세히 설명하면 다수개의 틸트운동축(T1,T2,T3) 중 틸트운동축(T1)은 마디연결부재(120)의 내측으로 제2마디부재(112)의 타측에 베어링(CB: 도 3에 도시됨)을 개재하여 삽입된 상태에서 마디연결부재(120)의 일측과 제2마디부재(112)의 타측에 연결되어 제1액츄에이터 모듈(150)에서 발생된 회전력에 의해 제2마디부재(112)가 틸트운동축(T1)을 기준으로 틸트운동되도록 한다. 제1액츄에이터 모듈(150)은 출력단(12a)이 마디연결부재(120)의 내측에 고정되도록 배치되는 키부재(112d)와 연결되어 제2마디부재(112)가 제1액츄에이터 모듈(150)에서 발생된 회전력에 의해 틸트운동축(T1)을 기준으로 틸트운동되도록 한다.

틸트운동축(T2)은 제2마디부재(112)의 일측이 제3마디부재(113)의 내측으로 타측에 베어링(CB: 도 3에 도시됨)을 개재하여 삽입된 상태에서 제2마디부재(112)의 일측과 제3마디부재(113)의 타측에 연결되어 제2액츄에이터 모듈(160)에서 발생된 회전력에 의해 제3마디부재(113)가 틸트운동축(T2)을 기준으로 틸트운동되도록 한다. 제2액츄에이터 모듈(160)은 출력단(12a)이 제3마디부재(113)의 내측에 연결되는 연결부재(113b)와 연결되어 제3마디부재(113)가 제2액츄에이터 모듈(160)에서 발생된 회전력에 의해 틸트운동축(T2)을 기준으로 틸트운동되도록 한다.

틸트운동축(T3)은 제4마디부재(114)의 일측이 제3마디부재(113)의 내측으로 삽입된 상태에서 제3마디부재(113)의 일측과 제4마디부재(114)를 연결하며, 제3마디부재(113)에 연동되는 제2링크(140)에 의해 제4마디부재(114)의 틸트운동 시 틸트운동의 기준을 제공한다.

마디연결부재(120)는 도 1 및 도 2에서와 같이 내측에 제2마디부재(112)의 일측이 삽입되어 배치되며, 측면에 제1액츄에이터 모듈(150)과 연결되는 한 쌍의 키부재(112d,112e)가 삽입되는 키삽입홈(121)이 대향되도록 형성된다. 즉, 마디연결부재(120)의 내측에 대향되도록 형성되는 키삽입홈(121) 중 하나는 제1액츄에이터 모듈(150)의 출력단(12a)과 연결되는 키부재(112d)가 삽입되어 배치되며, 다른 키삽입홈(121)은 제1액츄에이터 모듈(150)의 한 쌍의 기어(13) 중 출력단(12a)과 동축으로 배치되는 기어(13)와 연결된 틸트운동축(T1)에 연결되는 키부재(112e)가 삽입되어 배치됨에 의해 마디연결부재(120)가 틸트운동축(T1)으로 고정된 상태에서 제2마디부재(112)가 틸트운동축(T1)을 기준으로 틸트운동한다.

한 쌍의 제1링크(130)는 각각 도 1 및 도 2에서와 같이 제1마디부재(111)와 마디연결부재(120)가 서로 하나의 핀인 팬운동축(P)으로 연결된 상태에서 팬운동축(P)과 평행이 되도록 제1마디부재(111)와 마디연결부재(120)의 각각의 일면과 타측에 각각 배치되도록 제1마디부재(111)의 일측과 마디연결부재(120)의 타측을 연결하여 제1마디부재(111)에 마디연결부재(120)가 견고하게 지지되어 연결되도록 함과 아울러 마디연결부재(120)에 순차적으로 연결되는 제2마디부재(112), 제3마디부재(113) 및 제4마디부재(114)를 제1마디부재(111)에 견고하게 지지하게 된다. 이러한 한 쌍의 제1링크(130)는 각각 연결판(131), 한 쌍의 제1돌출부재(132) 및 한 쌍의 제2돌출부재(133)로 구성되며, 각각 서로 일체로 형성된다.

연결판(131)은 팬운동축(P)과 평행이 되도록 제1마디부재(111)와 마디연결부재(120)에 배치되며, 한 쌍의 제1돌출부재(132)는 각각 연결판(131)의 일측에 서로 이격되도록 형성되어 마디연결부재(120)와 각각 핀(CP)으로 연결된다. 한 쌍의 제2돌출부재(133)는 각각 연결판(131)의 타측에 서로 이격되도록 형성되며, 제1마디부재(111)의 시소운동블럭(111c)과 각각 연결되어 제3액츄에이터 모듈(170)에서 발생된 회전력에 의해 제3액츄에이터 모듈(170)의 출력단(12a)과 연결부재(111d)로 연결된 시소운동블럭(111c)이 회전되어 연결판(131)이 시소운동되도록 함에 의해 마디연결부재(120)가 팬운동축(P)을 기준으로 팬운동되도록 한다. 팬운동축(P)은 마디연결부재(120)와 손허리연결판(111a)에 연결되어 마디연결부재(120)의 팬운동의 기준으로 사용된다.

제2링크(140)는 도 1 및 도 2에서와 같이 제3마디부재(113)에 내측에 위치되도록 배치되고, 일측이 제4마디부재(114)의 곡면돌출부(114b)에 핀(CP)으로 연결되며 타측이 제2마디부재(112)와 제3마디부재(113)를 연결하는 틸트운동축(T2)과 이격되도록 제2마디부재(112)의 일측에 연결된다. 즉, 제2링크(140)는 일측이 제4마디부재(114)의 곡면돌출부(114b)에 형성된 삽입공(CH)에 핀(CP)으로 연결되며, 타측은 틸트운동축(T2)과 이격되도록 제2마디부재(112)의 제2반원통형 부재(112b)에 핀(CP)으로 연결되어 제3마디부재(130)의 틸트운동에 의해 연동되어 제4마디부재(140)를 틸트운동시킨다.

제1마디부재(111) 및 제2마디부재(112)에 각각 배치된 제1 내지 제3액츄에이터 모듈(150,160,170)은 각각 도 3에서와 같이 모터(11), 감속기(12), 한 쌍 기어(13), 하우징(14), 연결링(15), 다수개의 연결바(16), 다수개의 토크 센서(17) 및 엔코더(18)로 구성된다.

모터(11)는 회전력을 발생시키며, 감속기(12)는 모터(11)의 상측에 위치되어 모터(11)의 회전력을 감속하여 출력한다. 즉, 감속기(12)는 모터(11)의 회전력을 전달받아 감속시킴으로써 회전력의 토크를 증가시켜 출력한다. 한 쌍 기어(13)는 모터(11)와 감속기(12)에 각각 연결되며 서로 치합되어 모터(11)의 회전력을 감속기(12)로 전달한다. 한 쌍 기어(13) 중 감속기(12)와 연결되는 하나는 감속기(12)의 출력단(12a)과 동축으로 배치되고 감속기(12)에 연결되는 틸트운동축(T1,T2)이나 연결축(CS)에 고정되도록 연결되며, 한 쌍 기어(13) 중 모터(11)와 연결되는 다른 하나는 모터(11)와 동축으로 배치되어 연결되고 일측에 베어링(CB)이 구비된다. 모터(11)의 일측에 구비되는 베어링(CB)은 모터(11)의 회전축(11a)의 일측에 삽입되어 체결되며, 하우징(14)이나 제1마디부재(111)의 손허리판(111b)에 삽입되어 각각이 모터(11)의 회전축(11a)과 간섭없이 회동되도록 한다.

감속기(12)에 삽입되어 연결되는 틸트운동축(T1,T2)이나 연결축(CS)은 각각의 기어(13)의 회전에 연동되어 모터(11)의 회전력을 감속기(12)로 전달하며, 각각의 일측에 베어링(CB)이 삽입되어 체결된다. 틸트운동축(T1,T2)이나 연결축(CS)에 체결되는 베어링(CB)은 각각 제1마디부재(111)의 시소운동블럭(111c), 제2마디부재(112)의 제1반원통형 부재(112a)이나 제2반원통형 부재(112b)에 각각 체결되어 각각이 틸트운동축(T1,T2)이나 연결축(CS)과 간섭없이 회동되도록 한다.

하우징(14)은 모터(11)와 감속기(12)가 서로 이격되도록 삽입되어 배치되어 제1액츄에이터 모듈(150)이나 제2액츄에이터 모듈(160), 제3액츄에이터 모듈(170)을 전반적으로 지지하며, 연결링(15)은 하우징(14)의 일측에 배치되어 감속기(12)의 출력단(12a)을 지지한다. 다수개의 연결바(16)는 각각 하우징(14)과 연결링(15) 사이를 각각 연결하며, 하우징(14)과 연결링(15)과 일체로 형성된다. 즉, 다수개의 연결바(16)는 각각 하우징(14)과 연결링(15)을 연결하여, 함께 일체로 형성된다. 다수개의 토크 센서(17)는 각각 연결바(16)의 표면에 각각 배치되어 다수개의 연결바(16)의 비틀림을 감지하여 토크를 측정하며, 엔코더(18)는 모터(11)의 일측을 연결하여 모터(11)의 회전위치를 감지하여 본 발명의 로봇 손가락 모듈을 전반적으로 제어하는 제어기(도시 않음)로 전달하여 본 발명의 로봇 손가락 모듈의 팬이나 틸트운동을 제어하도록 한다.

상기 구성을 갖는 본 발명의 로봇 손가락 모듈의 동작을 틸트운동과 팬운동을 중심으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 로봇 손가락 모듈의 틸트 동작은 도 4 및 도 5에서와 같이 다수개의 틸트운동축(T1,T2,T3)을 중심으로 틸트운동한다.

틸트운동축(T1)은 마디연결부재(120)의 일측과 제2마디부재(112)의 타측에 연결되어 제1마디부재(111)와 마디연결부재(120)가 틸트운동축(T1)으로 틸트되지 않도록 고정된 상태에서 제1액츄에이터 모듈(150)에서 발생된 회전력에 의해 제2마디부재(112)가 틸트운동축(T1)을 기준으로 화살표방향(TD1)으로 틸트운동되도록 하며, 틸트운동축(T2)은 제2마디부재(112)의 일측과 제3마디부재(113)의 타측에 연결되어 제2액츄에이터 모듈(160)에서 발생된 회전력에 의해 제3마디부재(113)가 틸트운동축(T2)을 기준으로 화살표방향(TD2)으로 틸트운동되도록 한다. 틸트운동축(T3)은 제3마디부재(113)의 일측과 제4마디부재(114)의 타측에 연결되어 제2링크(140)에 의해 연동되는 제4마디부재(114)가 틸트운동축(T3)을 기준으로 화살표방향(TD3)으로 틸트운동되도록 한다.

본 발명의 로봇 손가락 모듈의 팬 동작은 도 6에서와 같이 팬운동축(P)을 중심으로 팬(또는 패닝;panning)운동을 수행하게 된다.

팬운동축(P)은 하나의 핀으로 제1마디부재(111)와 마디연결부재(120)를 연결한 상태에서 제3액츄에이터 모듈(170)에서 발생된 회전력에 의해 제1마디부재(111)의 한 쌍의 시소운동블럭(111c)이 회전되며, 이 회전에 의해 한 쌍의 제1링크(130)로 연결된 마디연결부재(120)를 팬운동축(P)을 기준으로 화살표방향(Pan)으로 팬운동시킴에 의해 제1마디부재(111)가 고정된 상태에서 마디연결부재(120)에 연결된 제2마디부재(112), 제3마디부재(113) 및 제4마디부재(114)가 팬운동되도록 한다.

팬운동하는 마디연결부재(120)와 팬운동축(P)으로 연결되는 제1마디부재(111)는 마디연결부재(120)와 하나의 핀인 팬운동축(P)으로 연결된 상태에서 팬운동축(P)의 연결방향과 직교되는 방향으로 제1마디부재(111)와 평행을 이루도록 마디연결부재(120)와 한 쌍의 제1링크(130)로 연결됨으로써 마디연결부재(120)에 보다 견고하게 지지되어 연결되도록 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 로봇 손가락 모듈은 첫마디뼈 작용을 하는 제2마디부재에 연결되는 마디연결부재에 손허리뼈 작용을 하는 제1마디부재를 하나의 핀으로 연결한 상태에서 핀의 연결방향과 직교되는 방향으로 제1마디부재와 평행을 이루도록 마디연결부재에 제1마디부재를 한 쌍의 제1링크로 연결함으로써 제2마디부재에 제1마디부재를 견고하게 지지함과 동시에 제1마디부재에 배치된 구동원을 이용하여 마디연결부재를 팬운동시켜 마디연결부재에 연결된 제2마디부재를 팬운동시킴으로써 팬운동을 용이하게 구현할 수 있다.

본 발명의 로봇 손가락 모듈은 또한 한 개의 제2마디부재에 두 개의 구동원을 배치함에 의해 로봇 손가락 모듈을 콤팩트하게 구현하며, 제1마디부재와 제2마디부재에 각각 구동원을 배치하여 제1마디부재와 제2마디부재와 제3마디부재를 구동원에 의해 직접적으로 팬틸트운동시킴에 의해 사람의 손과 같은 정교한 동작을 수행할 수 있다.

본 발명의 로봇 손가락 모듈은 자동화 산업분야나 로봇 제조산업 분야에 널리 적용할 수 있다.

110: 손가락부재 111: 제1마디부재
112: 제2마디부재 113: 제3마디부재
114: 제4마디부재 120: 마디연결부재
130: 제1링크 140: 제2링크
150: 제1액츄에이터 모듈 160: 제2액츄에이터 모듈
170: 제3액츄에이터 모듈

Claims

제1마디부재, 제2마디부재, 제3마디부재 및 제4마디부재를 갖는 손가락부재와;
일측이 제1마디부재와 팬운동축으로 연결되고, 타측이 제2마디부재와 팬운동축에 직교되는 틸트운동축으로 연결되는 마디연결부재와;
상기 제1마디부재와 마디연결부재를 상호 연결하여 지지하며, 팬운동축을 기준으로 마디연결부재를 팬운동시키는 한 쌍의 제1링크와;
제2마디부재와 제4마디부재에 연결되고, 제3마디부재의 틸트운동에 의해 연동되어 제4마디부재를 틸트운동축을 기준으로 틸트운동시키는 제2링크와;
상기 제1마디부재, 제2마디부재 및 제3마디부재를 구동시키는 구동원으로 이루어지며,
상기 구동원은 제1 내지 제3액츄에이터모듈이고, 상기 제1액츄에이터모듈은 마디연결부재의 일측과 제2마디부재의 타측을 연결하는 틸트운동축을 기준으로 제2마디부재를 틸트운동시키고, 상기 제2액츄에이터 모듈은 마디연결부재의 일측과 제3마디부재의 타측을 연결하는 틸트운동축을 기준으로 제3마디부재를 틸트운동시키며, 상기 제3액츄에이터 모듈은 한 쌍의 제1링크와 연결되어 제1링크를 시소운동시키는 것을 특징으로 하는 로봇 손가락 모듈.
제1항에 있어서,
상기 손가락부재의 제1마디부재는 마디연결부재와 팬운동축으로 연결되는 손허리 연결판과;
상기 손허리 연결판의 타측에 배치되며, 일측에 제3액츄에이터 모듈이 배치되는 손허리판과;
상기 손허리판의 일측에 배치되며, 제3액츄에이터 모듈과 연결되어 제3액츄에이터 모듈에 의해 회전되어 제1링크를 시소운동시키는 한 쌍의 시소운동블럭으로 구성되는 것을 특징으로 하는 로봇 손가락 모듈.
제1항에 있어서,
상기 손가락부재의 제2마디부재는 마디연결부재와 틸트운동축으로 연결되며, 상기 틸트운동축과 연결되는 제1액츄에이터 모듈의 출력단이 삽입되어 배치되는 제1반원통형 부재와;
상기 제1반원통형 부재에 대향되게 배치되어 제3마디부재와 틸트운동축으로 연결되며, 상기 틸트운동축과 연결되는 제2액츄에이터 모듈의 출력단이 삽입되어 배치되는 제2반원통형 부재와;
상기 제1 및 제2반원통형 부재 사이에 연결되며, 내측에 제1액츄에이터 모듈과 제2액츄에이터 모듈이 배치되는 사각통형 부재로 구성되는 것을 특징으로 하는 로봇 손가락 모듈.
제3항에 있어서,
상기 제2반원통형 부재는 틸트운동축과 이격되도록 제2링크에 연결되는 핀이 삽입되어 연결되는 것을 특징으로 하는 로봇 손가락 모듈.
제1항에 있어서,
상기 손가락부재의 제3마디부재는 서로 대향되게 결합되는 한 쌍의 중간마디부재로 이루어지며, 상기 한 쌍의 중간마디부재는 일측과 타측이 각각 틸트운동축으로 제2마디부재와 제4마디부재에 연결되는 것을 특징으로 하는 로봇 손가락 모듈.
제1항 있어서,
상기 제4마디부재는 끝마디부재와;
상기 끝마디부재의 타측에 형성되며, 제2링크가 핀을 개재하여 삽입되도록 한 쌍의 핀삽입공이 형성되는 곡면돌출부로 구성되는 것을 특징으로 하는 로봇 손가락 모듈.
제6항 있어서,
상기 끝마디부재는 내측에 6축토크센서가 배치되는 것을 특징으로 하는 로봇 손가락 모듈.
제1항에 있어서.
상기 마디연결부재는 내측에 제2마디부재의 일측이 삽입되며, 측면에 제1액츄에이터 모듈과 연결되는 한 쌍의 키부재가 삽입되는 키삽입홈이 형성되고, 전면에 팬운동축이 삽입되는 삽입공이 형성되는 것을 특징으로 하는 로봇 손가락 모듈.
제1항에 있어서,
상기 한 쌍의 제1링크는 제1마디부재의 측면에 배치되는 연결판과;
상기 연결판의 일측에 배치되고, 마디연결부재와 각각 핀으로 연결되는 한 쌍의 제1돌출부재와;
상기 연결판의 타측에 배치되고, 제1마디부재의 시소운동블럭과 각각 핀으로 연결되어 시소운동블럭의 회전에 의해 연결판을 시소운동시키는 한 쌍의 제2돌출부재로 구성되는 것을 특징으로 하는 로봇 손가락 모듈.
제1항에 있어서,
상기 제2링크는 제3마디부재의 내측에 배치되며, 일측이 제4마디부재의 곡면돌출부에 핀으로 연결되며 타측이 제2마디부재와 제3마디부재를 연결하는 틸트운동축과 이격되어 제2마디부재의 일측에 연결되는 것을 특징으로 하는 로봇 손가락 모듈.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1 내지 제3액츄에이터모듈은 각각 모터와;
상기 모터의 회전력을 감속하여 출력축을 통해 출력하는 감속기와;
상기 모터와 감속기에 각각 연결되며, 모터의 회전력을 감속기로 전달하는 한 쌍의 기어와;
상기 모터와 감속기가 서로 이격되어 배치되는 하우징과;
상기 하우징의 일측에 배치되어 상기 감속기의 출력축을 지지하는 연결링과;
상기 하우징과 연결링을 상호 연결하는 다수개의 연결바와;
상기 다수개의 연결바의 비틀림을 감지하여 토크를 측정하는 적어도 한 개이상의 토크 센서와;
상기 모터의 일측에 배치되어 모터의 회전속도를 감지하는 엔코더로 구성되며,
상기 다수개의 연결바는 각각 상기 하우징과 연결링에 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 로봇 손가락 모듈.