KR101485414B1 - 가상 물체와의 상호작용을 위한 손 외골격 링크 구조체 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 자연스러운 손가락 움직임을 허용하면서 포스 피드백(force feedback)을 보다 정확하게 인가하기 위한 손 외골격 구조체를 제공하고자 한다.
이러한 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 링크 시스템으로 이루어진 손 외골격 구조체로서, 외골격의 손등에 설치되어 소정의 힘을 생성하도록 구성된 구동기; 각각의 손가락 위에 설치되어 상기 구동기로부터 생성된 힘을 손가락 단부에 전달하도록 구성된 적어도 두 개 이상의 제1 링크군; 및 상기 제1 링크군과 연결되어 지지하도록 구성된 적어도 네 개 이상의 제2 링크군을 포함하여 이루어지고, 기구학적으로, 상기 제1 및 제2 링크군들은 적어도 3개 이상의 서브 링크체 구조로 분해되며, 상기 구동기와 연결되는 서브 링크체는 5-바 링크체를 포함하여 이루어져 전체적인 링크체의 자유도는 3인 것을 특징으로 한다.

Description

가상 물체와의 상호작용을 위한 손 외골격 링크 구조체{Linkage Structure of a Hand Exoskeleton for Interacting with Virtual Objects}

본 발명은 가상 물체와의 상호작용을 위한 손 외골격 링크 구조체에 관한 것으로서, 특히 생성된 토크를 손가락 단부로 전달함에 있어서의 정확도가 매우 우수할 뿐만 아니라, 자연스러운 손가락의 움직임 범위를 동시에 확보할 수 있는 가상 물체와의 상호작용용 손 외골격 링크 구조체에 관한 것이다.

외골격 시스템(exoskeleton system; 역감장치)은 최근에 pHRI(physical human-robot interaction) 시스템을 위하여 활발하게 연구되고 있다. 하지 또는 상지 외골격 시스템(lower or upper limb exoskeleton system)은 재활 또는 파워 증대를 위하여 사용되었었다. pHRI 시스템은 많은 분야에 널리 퍼져 왔으며 또한 가상현실과의 상호작용은 외골격 시스템의 가장 유망한 적용분야 중 하나가 되었다. 가상현실은 시간 및 공간의 제약없이 인간의 육체적 및 인지적 능력을 확장시키기 위한 중요한 하나의 플랫폼이다. 가상현실에서의 객체와의 상호작용에 의하여 사용자는 공존의 향상감을 느낄 수 있으며 직관적으로 환경의 변화를 이해하게 된다. 손은 물리적으로 주위 환경을 조작하기 위한 인체의 주요 일부이기 때문에, 손을 위한 인터페이스 시스템에 대한 요구는 상당히 증가하고 있다.

착용가능한 상호작용 시스템을 개발하기 위한 많은 연구가 존재해 왔다. 그러나, 손에 대한 복잡한 골격 및 근육 구조로 인하여, 작고 효율적인 착용가능 시스템은 현재까지도 개발되지 못하고 있다. 이전에 개발된 손 외골격 시스템은 1) 케이블-구동 글로브 시스템, 2) 케이블-구동 프레임 시스템 및 3) 외골격 시스템으로 구별될 수 있다.

이 중에서, 먼저 케이블-구동 글로브 시스템은 자연스런 손 동작을 가능하게 하지만 원하는 힘을 정확하게 전달하고 제어하기가 어렵다.

그리고, 케이블-구동 프레임 시스템은 케이블-구동 글로브 시스템에 비하여 보다 정확하게 힘을 전달하는 좋은 능력을 가지고 있지만, 케이블 메커니즘이 시스템을 무겁고 크게 만드는 단점을 갖는다.

한편, 외골격 시스템은 손가락으로 정확한 힘을 전달할 수 있지만 여타 방법에 비하여 구조가 상대적으로 복잡하다.

대한민국 등록특허공보 제10-1241800호(2013.03.05)

본 발명에 있어서는, 시스템의 가장 우선점을 바라는 힘의 정확한 전달에 두었기 때문에 외골격 메커니즘이 선택되었다. 즉, 생성된 토크를 전달함에 있어서의 정확도는 기존의 개발된 시스템들 중에서 가장 우월하다. 또한 만약 외골격 구조가 손가락의 상부에 부착된다면, 관절 구조 사이의 간섭은 감소될 수 있다. 하지만, 자연스러운 움직임 범위와 손가락 단부로의 정확한 힘 전달에 대한 담보는 여전히 요구된다.

이와 같이, 본 발명의 목적은 자연스러운 손가락 움직임을 허용하면서 포스 피드백(force feedback)을 보다 정확하게 인가하기 위한 손 외골격 구조체를 제공하고자 한다.

이러한 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 손 외골격 구조체는 전체적으로 링크 시스템으로 이루어지고, 외골격의 손등에 설치되어 소정의 힘을 생성하도록 구성된 구동기(100); 각각의 손가락 위에 설치되어 상기 구동기(100)로부터 생성된 힘을 손가락 단부에 전달하도록 구성된 하나의 구동링크(10)와 복수의 동력전달링크(21, 22; 21~23); 및 상기 동력전달링크와 연결되어 지지하도록 구성된 복수의 지지링크(31~33; 31~36)를 포함하여 이루어지고,, 상기 링크 시스템은 근위지절간관절(PIP)과 중수지절관절(MCP)에서 독립적으로 회전할 수 있도록 두 개의 수동 자유도와 상기 구동기로부터의 하나의 자유도를 가져, 상기 손 외골격 구조체는 전체적으로 3 자유도로 이루어진 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 복수의 동력전달링크는 적어도 3개 이상의 링크(21~23)로 구성되고, 상기 복수의 지지링크는 적어도 6개 이상의 링크(31~36)로 구성되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 구동기 측에 하나의 관절이 링크 루프 내에 추가적으로 놓이게 되는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 의한 또다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 링크 시스템으로 이루어진 손 외골격 구조체로서, 외골격의 손등에 설치되어 소정의 힘을 생성하도록 구성된 구동기(100); 각각의 손가락 위에 설치되어 상기 구동기(100)로부터 생성된 힘을 손가락 단부에 전달하도록 구성된 하나의 구동링크(10)와 복수의 동력전달링크(21, 22; 21~23); 및 상기 동력전달링크와 연결되어 지지하도록 구성된 복수의 지지링크(31~33; 31~36)를 포함하여 이루어지고, 기구학적으로, 상기 링크 시스템은 적어도 3개 이상의 서브 링크체 구조로 분해되며, 상기 구동기와 연결되는 서브 링크체는 5-바 링크체를 포함하여 이루어져 전체적인 링크체의 자유도는 3인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 분해된 상기 서브 링크체 구조는 5 개의 서브 구조로 이루어지고, 이는 2 개의 4-바 링크체와 3개의 5-바 링크체에 해당하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 3 자유도 중 두 개의 자유도에 대한 구동원은 근위지절간관절(PIP)과 중수지절관절(MCP)로부터 나오며, 나머지 하나는 DIP 관절 모션을 위하여 상기 구동기로부터 나오는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 MCP 관절의 각도는 4-바 링크체의 입력각이며 상기 MCP 관절에 대응하는 서브구조는 두 개의 인접 5-바 링크체들에 연결되어 입력각을 제공하는 것이 바람직하다.

나아가, 본 발명은 가상 객체와의 상호작용을 위한 포스 피드백(force feedback)을 인가하기 위한 장갑으로서, 상기 장갑에는 앞서 설명한 손 외골격 구조체가 접합되어 있는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명에 의하면, 생성된 토크를 손가락 단부로 전달함에 있어서의 정확도가 매우 우수할 뿐만 아니라, 자연스러운 손가락의 움직임 범위를 동시에 확보할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 손가락에 대한 해부학적 모양,
도 2는 링크체 구조에 대한 가능한 설계 실시예들,
도 3은 도 3에 있어서의 링크체 구조에 대한 대응 기구학 모델,
도 4는 동 실시예에 있어서의 제한된 모션 범위,
도 5는 동 실시예에 있어서의 손 외골격에 대한 제안된 링크체 구조,
도 6은 도 5에 대한 기구학 모델,
도 7은 도 6에 있어서의 5-바 링크체의 기구학 모델,
도 8은 도 6에 있어서의 4-바 링크체의 기구학 모델,
도 9는 스트로크에 의한 말단작용체의 궤적,
도 10은 스트로크 각도에 따른 말단작용체 각도,
도 11은 동 실시예에 있어서의 달성가능한 모션 범위, 및
도 12는 동 실시예에 따라 제조된 링크체 구조를 나타냄.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

먼저 본 발명에 있어서는, 시스템에 있어서 가장 우선적으로 고려하여야 할 사항을, 원하는 힘의 정확한 전달에 두었기 때문에 외골격 메커니즘이 선택되었다. 즉, 생성된 토크를 전달함에 있어서의 정확도는 기존의 개발된 시스템들 중에서 외골격 시스템이 가장 우월하다. 또한 만약 외골격 구조가 손가락의 상부에 부착된다면, 관절 구조 사이의 간섭은 감소될 수 있다. 하지만, 자연스러운 움직임 범위와 손가락 단부로의 정확한 힘 전달에 대한 담보는 여전히 요구된다.

손은 촉각 피드백의 가장 풍부한 근원이기 때문에, 올바른 힘의 피드백 없이는 섬세한 상호작용이 불가할 것이다. 본 발명에서 제안되는 링크 시스템(link system)은 자연스러운 인간-로봇의 상호작용을 위하여 각각의 손가락에 3 자유도를 갖는다. 두 개의 자유도는 손가락의 근위지절간관절(Proximal interphalangeal joint; 이하 ‘PIP’라 함)과 중수지절관절(Metacarpophalangeal joint; 이하 ‘MCP’라 함)로부터이며, 하나의 자유도는 구동 모듈로부터이다. 인간과 구동기로부터의 자유도를 합함에 의하여 손 외골격 구조는 자연스러운 손가락 움직임을 방해하지 않고 구동링크에 의해 생성된 힘은 손가락 끝단으로 정확하게 전달된다. 외골격의 당겨지는 부분(pulled part)은 힘 피드백을 손가락 끝단으로 적용되어 사용자가 가상 물체로부터 가해지는 힘을 느낄 수 있다.

이하, 해부학적 및 기구학적 분석으로 손가락용 외골격 구조의 제안된 디자인에 대하여 상세히 설명한 후, 이렇게 제안된 시스템의 시뮬레이션 및 실제 제조에 대하여 설명하도록 한다.

1. 손 외골격 시스템에 대한 링크구조의 설계

손의 해부학적 구조

인간의 손은 19개의 뼈와 19개의 관절 및 29개의 근육에 의하여 움직여진다. 손가락의 14개 손가락뼈(phalanx)와 5개의 손바닥뼈(metacarpal)는 14개의 관절에서 만나고 뼈는 근육에 결합된 힘줄(tendons)에 의해 움직여진다. 굴근(Flexor)는 끝마디뼈와 중간마디뼈(Distal and middle phalanxes)에 부착되고 이들은 손가락의 실제 벤딩을 가능하게 한다. 외힘줄(Extendors)은 손바닥의 뒷면에 위치하고 도 2에 도시된 바와 같이 손가락의 등부분(dorsum)에 굴근에 연결되는 방식보다 더 복잡한 방식으로 연결된다. 도 2에서와 같은 뼈 구조와 외힘줄의 부착 지점에 의하여, 손가락의 링크구조에 대한 기본적인 설계가 수행된다. 가령, 도 2에서의 적색 화살표는 외힘줄의 지점을 나타내고 지지링크는 유사한 지점에서 설계된다.

링크체 구조의 설계

이러한 본 발명에 의한 손외골격의 목적은 자연스러운 손가락 움직임을 허용하면서 포스 피드백(force feedback)을 인가하기 위하여 손가락단부를 당기는 것이다.

각각의 손가락은 엄지를 제외하고는 세 개의 관절(joint)을 갖기 때문에 링크체 구조는 자연스러운 상호작용을 위해 3 자유도를 만족시켜야 한다. 중간 및 첫마디뼈의 움직임은 모션의 범위에 있어서 지배적이며, 끝마디뼈는 모션의 범위에 거의 영향을 주지 않으면서 포스 피드백에 중요하다. 따라서, 링크 시스템은 PIP와 MCP 관절에서 독립적으로 회전할 수 있도록 두 개의 수동 자유도와 구동기로부터의 하나의 자유도를 갖는다. 구동된 링크체는 손가락단부에 힘을 전달한다.

도 2는 링크체 구조체의 가능한 설계 예시들을 나타낸다. 회색부분들인 외골격의 단부들은 손가락 및 손등 부분과 접촉한다. 손가락은 너무 작아서 구동기에 직접적으로 부착될 수 없기 때문에, 구동기는 외골격의 손등에 위치된다. 외골격의 단부들은 링크들에 의하여 구동기(100)에 연결된다. 각각의 손가락 링크들 사이의 간섭을 피하기 위하여 링크들은 손가락 위에 설치된다. 청색 링크들[구동링크 10; 전달링크 21~22(도 2(b)), 21~23(도 2 (c)]은 생성된 힘을 손가락 단부에 전달하기 위하여 사용되며, 녹색 링크들[지지링크 31~33(도 2 (b)), 31~36(도 2(c)]은 지지부들이다. DIP와 PIP 관절들 위의 청색 및 녹색 링크들은 손가락 위에 이러한 외골격 구조를 만들기 위하여 필수적이지만, 도 2에 도시된 바와 같이 구동기를 링크들에 연결시키는 방법에 대하여는 몇 가지 가능한 방법들이 있다.

가장 간단한 방법은, 도 2 (a)에 도시된 바와 같이, 마지막 링크를 구동기에 직접 연결시키는 것이다. 그러나, 이러한 경우, 전체적인 링크체 구조는 두 개의 자유도를 가질 뿐이며, 이는 자연스러운 손가락 움직임을 위하여는 충분하지 않다. 자유도는 Grubler 방정식에 의하여 다음과 같이 계산될 수 있다.

여기서, M은 자유도(DOF), N은 링크 수, J는 관절 수, 그리고 f _i 는 각 관절의 자유도를 의미한다. 신장과 굴절 움직임들만이 고려되었기 때문에, 2차원 버전의 Grubler 방정식이 적용된다. 도 2 (a)에 의한 링크체 구조는 도 3 (a)에 단순화되었으며, 그 결과적인 자유도는 2이다. 도 3에서, 링크들과 관절들은 각각 흑색과 적색으로 표현되었다.

도 2 (b)에 의한 제 2 모델로 도시된 바와 같이, 마지막 링크에 추가적인 하나의 부분을 더함에 의하여, 구조체의 자유도는, 수식 (1)과 도 3 (b)에서의 단순화 모델을 사용함으로써, 3으로 증가된다. 그러나, 손가락의 모션 범위는 마지막 두 개의 링크의 길이에 의하여 쉽게 제약된다. 제 2 모델에 의하여 달성될 수 있는 최대 굴곡 자세는 도 4 (a)에 도시된 바와 같다. 모션 범위는 증대될 수 있지만, 이는 구조체 크기를 증가시킨다. 또한, 사용자가 자신의 손가락을 굴곡시킬 경우, MCP 관절이 자연스럽게 상승하게 된다. 이러한 설계에 있어서, 손가락 위의 링크는 관절의 상승을 방해하며, 이는 자연스러운 상호작용을 제한한다.

구조체의 크기를 증대시키지 않고 더 큰 모션 범위를 달성하기 위해서는, 바람직하게는 마지막 링크에 추가적인 하나의 부분이 더 추가되어야 한다. 마지막 링크에 단지 하나의 부분을 더 추가하는 것이 구조체의 자유도를 증가시키기 때문에, 도 2 (c)에 의한 제 3 모델에서 보는 바와 같이, 하나의 관절이 링크 루프 내에 놓이게 된다. 이러한 모델에 의하면 앞서 살펴본 제 2 모델에 의하여 제한된 동일한 모션이 도 4 (b)에서와 같이 가능하게 되며, 자유도는 3으로 유지된다. 이러한 제 3 모델을 채택함에 의하여, 손 외골격 시스템에 대한 전체적인 링크체 구조체는 도 5에 도시된 바와 같다.

제안된 링크체 구조의 기구학 해석

앞서 제안된 링크체 구조에 대하여, 모든 링크들이 손가락 및 구동기와 어떻게 상호작용하는지 확인하기 위하여, 기구학적 해석이 수행되었다. 도 3 (c)에 도시된 제안된 링크체 모델은 링크체를 분해함에 의하여 쉽게 해석될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 5 개의 서브 구조로 분해될 수 있는데, 이는 2 개의 4-바 링크체(4-bar linkage)와 3개의 5-바 링크체(5-bar linkage)에 해당한다. 각각의 링크체 내의 수는 이것이 4-바 또는 5-바 링크체인지 여부를 의미한다. 전체적인 링크체의 자유도는 수식 (1)에 의하면 3이다. 두 개의 구동원은 착수자 측, 즉 PIP와 MCP 관절들[도 6의 (a)와 (b) 부분]으로부터이며, 나머지 하나는 구동기로부터 나오는데[도 6의 (c) 부분 참조] 이는 DIP 관절 모션을 위한 것이다. 링크체 구조의 결합된 구동원들은 손가락과의 자연스러운 상호작용뿐만 아니라 손가락 단부로의 정확한 포스 피드백을 가능하게 한다.

링크체 구조의 모션을 해석하기 위하여, 서브분할된 5-바 및 4-바 링크들이 연속적으로 해석되었다. 일반적인 5-바 링크체의 기구학적 모델은 도 7에 도시된 바와 같다. 5-바 링크체는 2개의 자유도, 즉 만약 두 개의 인접한 각도들이 주어진다면 모든 관절들의 위치가 결정된다. 동 도면에서 입력각을 θ ₁ , θ ₂ 라고 가정하자. O, A, B, D의 위치들은 주어진 정보에 의하여 쉽게 결정될 수 있고, P의 위치는 아래 수식들에 의하여 결정된다.

여기서,

이며,

이다. 특정 링크 길이, 구동각 및 결합관계에 의하면, 포인트 P의 좌표는 다음과 같이 주어진다.

여기서,

이며,

이다.

4-바 링크체의 일반적인 기구학 모델은 도 8에 주어져 있다. 4-바 링크체의 자유도는 1이며, 이는 하나의 관절각이 모든 관절들의 위치를 결정할 수 있음을 의미한다.

가 입력각이라고 가정하면, 관절 위치는 다음과 같은 식들에 의하여 계산된다.

여기서,

,

이다. 이는 다음과 같이 재표현될 수 있다.

그러면, 출력각

는 입력각

에 의하여 다음과 같이 결정된다.

수식 2 내지 6으로부터 5-바 및 4-바 링크체에 대한 기본 방정식을 사용하여 도 6에서의 모든 링크들의 위치가 결정될 수 있고 시뮬레이션으로 해석될 수 있다.

보다 구체적으로, MCP 관절의 각도는 4-바 링크체의 입력각이며 모든 링크들의 위치가 결정된다. 이러한 서브구조는 두 개의 인접 5-바 링크체들에 연결되고 입력각을 제공한다. 도 6에서의 (c) 부분은 구동기에 의해 회전하고, 이는 5-바 링크체에 또다른 입력이다. 최우측 구조는 이에 따라 정의된다. 이와 마찬가지로, 모든 관절의 포인트가 결정될 수 있다. 그 결과, DIP 관절의 위치는 PIP와 MCP 관절들의 각도만에 의하여 계산된다. DIP 관절각도는 구동기에 의하여 유도된다. 즉, 두 개의 자유도는 인간인 착수자 측으로부터, 하나의 자유도는 외골격시스템측으로부터이다.

2. 손 외골격 시스템의 구현

시뮬레이션에 의한 성능 검증

제안된 링크체 구조의 성능은 기구학 해석에 기초한 시뮬레이션에 의해 이미 검증되었다. 하나의 손가락 링크체 구조는 도 9에 도시된 바와 같으며, 손가락단부에 부착된 말단작용체(end-effector)가 구동된 링크체에 의하여 어떻게 움직이는지가 시뮬레이션되었다. 도 9에서, 링크와 관절들은 각각 적색과 청색으로 표현되었다. 경사진 선들을 갖는 영역들은 손가락에 터치된 부분들이다. 구동기에 연결된 링크는 흑색으로 표현되고, 이는 손등 상에 있다. 구동 링크가 회전함에 따라 (도 9에서 핑크 점과 대응 적색 화살표 참조), 말단작용체 부분이 이동한다(도 9에서 녹색 점과 대응 적색 화살표 참조). 말단작용체는 약 80도 굴곡(flexion)으로부터 약 30도 과신장(hyperextension)까지 회전할 수 있다. 이러한 굴곡은 표 1에서 손가락 모션의 정상 범위를 지지하기에 충분하고, 이러한 과신장은 손가락 단부에 포스 피드백을 인가하도록 사용된다. 최과신장 및 최굴곡 자세들은 도 11에 도시된 바와 같다.

제안된 링크체 구조의 제조

손 외골격에 대한 제안된 링크체 구조는 실제로 제조되었다. 링크체 구조를 만들기 위해 폴리프로필렌 재료로 최속조형기술(rapid prototyping technology)이 적용되었다. 프로토타입으로, 링크체 구조는 도 12에 도시된 바와 같이 오직 두 개의 손가락만을 갖는다. 링크체 구조는 쉬운 착탈을 위해 장갑에 접착되었다.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (8)

1. 링크 시스템으로 이루어진 손 외골격 구조체로서,
   외골격의 손등에 설치되어 소정의 힘을 생성하도록 구성된 구동기(100);
   각각의 손가락 위에 설치되어 상기 구동기(100)로부터 생성된 힘을 손가락 단부에 전달하도록 구성된 하나의 구동링크(10)와 복수의 동력전달링크(21, 22; 21~23); 및
   상기 동력전달링크와 연결되어 지지하도록 구성된 복수의 지지링크(31~33; 31~36)
   를 포함하여 이루어지고,
   상기 링크 시스템은 근위지절간관절(PIP)과 중수지절관절(MCP)에서 독립적으로 회전할 수 있도록 두 개의 수동 자유도와 상기 구동기로부터의 하나의 자유도를 가져, 상기 손 외골격 구조체는 전체적으로 3 자유도로 이루어진 것을 특징으로 하는 손 외골격 구조체.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 동력전달링크는 적어도 3개 이상의 링크(21~23)로 구성되고, 상기 복수의 지지링크는 적어도 6개 이상의 링크(31~36)로 구성되는 것을 특징으로 하는 손 외골격 구조체.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 구동기 측에 하나의 관절이 링크 루프 내에 추가적으로 놓이게 되는 것을 특징으로 하는 손 외골격 구조체.
   
4. 링크 시스템으로 이루어진 손 외골격 구조체로서,
   외골격의 손등에 설치되어 소정의 힘을 생성하도록 구성된 구동기(100);
   각각의 손가락 위에 설치되어 상기 구동기(100)로부터 생성된 힘을 손가락 단부에 전달하도록 구성된 하나의 구동링크(10)와 복수의 동력전달링크(21, 22; 21~23); 및
   상기 동력전달링크와 연결되어 지지하도록 구성된 복수의 지지링크(31~33; 31~36)
   를 포함하여 이루어지고,
   기구학적으로, 상기 링크 시스템은 적어도 3개 이상의 서브 링크체 구조로 분해되며, 상기 구동기와 연결되는 서브 링크체는 5-바 링크체를 포함하여 이루어져 전체적인 링크체의 자유도는 3인 것을 특징으로 하는 손 외골격 구조체.
   
5. 제4항에 있어서,
   분해된 상기 서브 링크체 구조는 5 개의 서브 구조로 이루어지고, 이는 2 개의 4-바 링크체와 3개의 5-바 링크체에 해당하는 것을 특징으로 하는 손 외골격 구조체.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 3 자유도 중 두 개의 자유도에 대한 구동원은 근위지절간관절(PIP)과 중수지절관절(MCP)로부터 나오며, 나머지 하나는 DIP 관절 모션을 위하여 상기 구동기로부터 나오는 것을 특징으로 하는 손 외골격 구조체.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 MCP 관절의 각도는 4-바 링크체의 입력각이며 상기 MCP 관절에 대응하는 서브구조는 두 개의 인접 5-바 링크체들에 연결되어 입력각을 제공하는 것을 특징으로 하는 손 외골격 구조체.
   
8. 가상 객체와의 상호작용을 위한 포스 피드백(force feedback)을 인가하기 위한 장갑으로서,
   상기 장갑에는 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 의한 손 외골격 구조체가 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 착탈 가능 장갑.

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