KR101600250B1 - 로봇 핸드 - Google Patents

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KR101600250B1
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마사키 나가츠카
요시마사 엔도
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티에치케이 가부시끼가이샤
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Abstract

사람의 손과 같이, 물체를 파악하고, 파악한 물체를 조작할 수 있고, 또한 액추에이터의 개수도 저감시킬 수 있는 로봇 핸드를 제공한다. 본 발명의 로봇 핸드는, 베이스부(1)에 대해 제1 손가락 링크(11)가 상대적으로 회전하도록, 제1 손가락 링크(11)에 구동력을 부여하는 제1 액추에이터(31)와, 제1 손가락 링크(11)에 대해 제2 손가락 링크(12)가 상대적으로 회전하고, 또한 제2 손가락 링크(12)에 대해 제3 손가락 링크(13)가 상대적으로 회전하도록, 제2 손가락 링크(12) 및 제3 손가락 링크(13) 중 적어도 한쪽에 구동력을 부여하는 제2 액추에이터(32)를 구비한다.

Description

로봇 핸드 {ROBOT HAND}
본 발명은, 사람의 손가락과 같이 다수의 관절을 갖고, 물체를 파악(把握)하고, 파악한 물체를 조작할 수 있는 로봇 핸드에 관한 것이다.
사람의 손가락과 같이 다수의 관절을 갖는 로봇 핸드로서, 손등에 대응하는 베이스부와, 손가락의 기절골에 대응하는 제1 손가락 링크와, 손가락 중절골에 대응하는 제2 손가락 링크와, 손가락의 말절골에 대응하는 제3 손가락 링크를 구비하는 로봇 핸드가 알려져 있다. 제1 손가락 링크는 베이스부에 회전 가능하게 연결되어 있다. 제2 손가락 링크는 제1 손가락 링크에 회전 가능하게 연결되어 있다. 제3 손가락 링크는 제2 손가락 링크에 회전 가능하게 연결되어 있다.
로봇 핸드가 물체를 파악할 때, 손가락으로 물체를 감아 넣는다. 손가락으로 물체를 감아 넣기 위해, 제1 손가락 링크, 제2 손가락 링크, 제3 손가락 링크가 순차 구부러지도록 구성된다. 전형적인 로봇 핸드로서, 제1 손가락 링크가 구부러지면 제2 손가락 링크가 제1 손가락 링크에 연동하여 구부러지고, 제2 손가락 링크가 구부러지면 제3 손가락 링크가 연동하여 구부러지도록 구성되는 로봇 핸드가 알려져 있다. 손가락을 구부리는 구동원은, 모터, 직동 액추에이터 등의 액추에이터이다. 구동원은 제1 손가락 링크에 구동력을 부여하여, 베이스부에 대해 제1 손가락 링크를 구부린다. 제1 손가락 링크가 구부러지면 제2 손가락 링크, 제3 손가락 링크가 순차 구부러진다.
그러나, 종래의 전형적인 로봇 핸드에 있어서는, 안정적으로 물체를「파악」할 수 있지만, 물체를「조작」하는 것이 곤란하다고 하는 과제가 있다. 「파악」이라 함은 물체를 꽉 쥐는 것을 말하고,「조작」이라 함은 기계 등을 조종하여 일하게 하는 것을 말한다. 예를 들어, 로봇 핸드에 전동 드라이버를 사용한 나사 체결 작업을 행하게 하는 경우, 로봇 핸드는 전동 드라이버의 손잡이를 꽉 쥐고(파악), 전동 드라이버의 트리거를 당길(조작) 필요가 있다. 종래의 전형적인 로봇 핸드에 있어서는, 전동 드라이버의 손잡이를 꽉 쥐는 것은 잘하지만, 전동 드라이버의 트리거를 당기는 것이 취약하다고 하는 과제가 있다.
출원인은 이 과제를 해결하는 로봇 핸드로서, 손가락의 각 관절에 소형의 액추에이터를 조립한 로봇 핸드를 제안하고 있다(특허문헌 1 참조). 이 로봇 핸드에서는, 베이스부와 제1 손가락 링크 사이의 제1 관절에는, 제1 액추에이터가 조립된다. 제1 손가락 링크와 제2 손가락 링크 사이의 제2 관절에는, 제2 액추에이터가 조립된다. 제2 손가락 링크와 제3 손가락 링크 사이의 제3 관절에는, 제3 액추에이터가 조립된다. 특허문헌 1에 기재된 로봇 핸드에 의하면, 제1 내지 제3 손가락 링크를 독립적으로 구부릴 수 있으므로, 물체를 파악하는 것도, 파악한 물체를 조작하는 것도 가능해진다.
일본 특허 공개 제2002-113681호 공보
그러나, 특허문헌 1에 기재된 로봇 핸드에 있어서는, 손가락의 각 관절에 수납할 수 있는 크기의 액추에이터로, 사람과 마찬가지의 손끝 힘(토크)과 손가락의 굽힘 각도(스트로크)를 얻는 것이 곤란하다고 하는 과제가 있다. 또한, 각 관절에 액추에이터가 설치되므로, 액추에이터의 개수가 많아진다고 하는 과제가 있다.
따라서, 본 발명은, 사람의 손과 같이, 물체를 파악하고, 파악한 물체를 조작할 수 있고, 또한 액추에이터의 개수도 저감시킬 수 있는 로봇 핸드를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 베이스부와, 상기 베이스부에 회전 가능하게 연결되는 제1 손가락 링크와, 상기 제1 손가락 링크에 회전 가능하게 연결되는 제2 손가락 링크와, 상기 제2 손가락 링크에 회전 가능하게 연결되는 제3 손가락 링크와, 상기 제1 손가락 링크에 대한 상기 제2 손가락 링크의 상대적인 회전과 상기 제2 손가락 링크에 대한 상기 제3 손가락 링크의 상대적인 회전을 연동시키는 보조 링크와, 상기 베이스부에 대해 상기 제1 손가락 링크가 상대적으로 회전하도록, 상기 제1 손가락 링크에 구동력을 부여하는 제1 액추에이터와, 상기 제1 손가락 링크에 대해 상기 제2 손가락 링크가 상대적으로 회전하고, 또한 상기 제2 손가락 링크에 대해 상기 제3 손가락 링크가 상대적으로 회전하도록, 상기 제2 손가락 링크 및 상기 제3 손가락 링크 중 적어도 한쪽에 구동력을 부여하는 제2 액추에이터를 구비하는 로봇 핸드이다.
본 발명에 따르면, (1) 예를 들어 제1 액추에이터를 정지시킨 상태에서 제2 액추에이터를 구동하면, 손가락의 근원(제1 손가락 링크)을 구부리지 않고 손끝(제2 손가락 링크 및 제3 손가락 링크)만을 구부릴 수 있다. 또한, (2) 예를 들어 제1 액추에이터 및 제2 액추에이터를 거의 등속으로 동시에 구동하면, 손끝(제2 손가락 링크 및 제3 손가락 링크)을 구부리지 않고 근원(제1 손가락 링크)만을 구부릴 수 있다. 이때, 손가락에 액추에이터의 2개분의 토크를 작용시킬 수 있다. 또한, (3) 예를 들어 제1 액추에이터 및 제2 액추에이터를 동시에, 또한 제2 액추에이터를 제1 액추에이터보다도 고속으로 구동하면, 손가락의 근원(제1 손가락 링크)도 손끝(제2 손가락 링크 및 제3 손가락 링크)도 구부릴 수 있다. 따라서, 사람의 손과 같이 물체를 파악하고, 파악한 물체를 조작하는 동작이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태의 로봇 핸드의 손가락이 신장된 상태를 도시하는 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태의 로봇 핸드의 평면도.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태의 로봇 핸드의 측면도.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태의 로봇 핸드의 측면도.
도 5는 본 실시 형태의 로봇 핸드의 동작도.
도 6은 본 실시 형태의 로봇 핸드의 제1 및 제2 액추에이터의 다른 예를 도시하는 도면.
이하, 첨부 도면에 기초하여, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 로봇 핸드를 설명한다. 도 1은 본 실시 형태의 로봇 핸드의 손가락이 신장된 상태의 사시도를 도시한다. 도 2는 로봇 핸드의 평면도를 도시하고, 도 3 및 도 4는 로봇 핸드의 측면도를 도시한다. 이 실시 형태의 로봇 핸드는, 사람의 손가락에 대응하여 3개의 관절을 가져, 요령있고 섬세한 물체 조작을 가능하게 한다. 전형적으로는, 다른 손가락과 조합하여 사용되어, 다관절 다지 핸드를 구성한다.
우선, 로봇 핸드의 전체의 기구를 설명한다. 로봇 핸드는, 사람의 손등에 대응하는 베이스부(1)와, 손가락의 기절골에 대응하는 제1 손가락 링크(11)와, 손가락 중절골에 대응하는 제2 손가락 링크(12)와, 손가락의 말절골에 대응하는 제3 손가락 링크(13)를 구비한다. 베이스부(1)에는 제1 손가락 링크(11)의 기단부가 제1 축(21)을 통해 회전 가능하게 연결된다. 제1 손가락 링크(11)의 선단부에는, 제2 손가락 링크(12)의 기단부가 제2 축(22)을 통해 회전 가능하게 연결된다. 제2 손가락 링크(12)의 선단부에는 제3 손가락 링크(13)의 기단부가 제3 축(23)을 통해 회전 가능하게 연결된다. 제1 내지 제3 축(21, 22, 23)은, 사람의 손의 중수지절간 관절, 근위지절간 관절, 원위지절간 관절에 대응한다. 제1 내지 제3 축(21, 22, 23)은 서로 평행하다.
보조 링크(2)는, 그 일단부가 제1 손가락 링크(11)에 연결 축(3)을 통해 회전 가능하게 연결됨과 함께, 그 타단부가 제3 손가락 링크(13)에 연결 축(4)을 통해 회전 가능하게 연결된다(도 3 및 도 4 참조). 보조 링크(2)는, 제1 손가락 링크(11)에 대한 제2 손가락 링크(12)의 상대적인 회전과 제2 손가락 링크(12)에 대한 제3 손가락 링크(13)의 상대적인 회전을 연동시키는 역할을 갖는다. 제1 손가락 링크(11), 제2 손가락 링크(12), 제3 손가락 링크(13), 보조 링크(2)는 4개의 링크가 모두 회전 대우에 의해 연쇄를 이룬 4절 회전 연쇄를 구성한다. 제1 손가락 링크(11)를 고정하였다고 가정하면 제3 손가락 링크(13)는 어느 일정 운동만이 가능해진다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 제1 액추에이터는, 베이스부(1)에 대해 제1 손가락 링크(11)가 상대적으로 회전하도록, 제1 손가락 링크(11)에 구동력을 부여한다. 제1 액추에이터는, 본체부(31a) 및 본체부(31a)에 대해 직선 운동하는 축부(31b)(도 2 참조)를 갖는 제1 직동 액추에이터(31)이다. 제1 직동 액추에이터(31)의 본체부(31a)는, 베이스부(1)에 중심선(L1)의 주위를 회전 가능하게 지지된다. 제1 손가락 링크(11)에 구동력을 부여할 수 있도록, 제1 직동 액추에이터(31)의 축부(31b)가 제1 손가락 링크(11)에 회전 가능하게 연결된다. 제1 직동 액추에이터(31)가 제1 손가락 링크(11)에 구동력을 부여하면, 베이스부(1)에 대해 제1 손가락 링크(11)가 상대적으로 회전한다. 베이스부(1)에 대한 제1 손가락 링크(11)의 상대적인 회전에 수반하여, 제1 직동 액추에이터(31)의 본체부(31a)가 베이스부(1)에 대해 중심선(L1)의 주위를 요동한다.
제2 액추에이터는, 제1 손가락 링크(11)에 대해 제2 손가락 링크(12)가 상대적으로 회전하도록, 제2 손가락 링크(12)에 구동력을 부여한다. 제2 액추에이터는, 본체부(32a) 및 본체부(32a)에 대해 직선 운동하는 축부(32b)를 갖는 제2 직동 액추에이터(32)이다. 제1 직동 액추에이터(31)와 제2 직동 액추에이터(32)는 크기가 동일하다. 제2 직동 액추에이터(32)의 본체부(32a)는, 베이스부(1)에 중심선(L1)의 주위를 회전 가능하게 지지된다. 제2 직동 액추에이터(32)의 축부(32b)는 작동 링크(5)의 기단부에 회전 가능하게 연결된다. 작동 링크(5)의 선단부는 제2 손가락 링크(12)에 회전 가능하게 연결된다. 제2 직동 액추에이터(32)가 제2 손가락 링크(12)에 구동력을 부여하면, 제2 손가락 링크(12)가 제1 손가락 링크(11)에 대해 상대적으로 회전한다. 이것에 연동하여, 제3 손가락 링크(13)가 제2 손가락 링크(12)에 대해 회전한다. 또한, 제2 직동 액추에이터(32)의 본체부(32a)가 베이스부(1)에 대해 중심선(L1)의 주위를 요동한다.
도 5는 로봇 핸드의 동작도를 도시한다. 이상과 같이 구성된 로봇 핸드에 의하면, (1) 예를 들어 제1 직동 액추에이터(31)를 정지시킨 상태에서 제2 직동 액추에이터(32)를 구동하면, 손가락의 근원[제1 손가락 링크(11)]을 구부리지 않고 손끝[제2 손가락 링크(12) 및 제3 손가락 링크(13)]만을 구부릴 수 있다[도 5의 (C)→(B)→(A)]. 바꾸어 말하면, 제1 손가락 링크(11)가 베이스부(1)에 대해 일정 각도를 유지한 채, 제2 손가락 링크(12)를 제1 손가락 링크(11)에 대해 상대적으로 회전시키고, 또한 제3 손가락 링크(13)를 상기 제2 손가락 링크(12)에 대해 상대적으로 회전시킬 수 있다.
또한, (2) 예를 들어 제1 직동 액추에이터(31) 및 제2 직동 액추에이터(32)를 거의 등속으로 동시에 구동하면, 손끝[제2 손가락 링크(12) 및 제3 손가락 링크(13)]을 구부리지 않고 근원[제1 손가락 링크(11)]만을 구부릴 수 있다[도 5의 (C)→(D)→(E)]. 이때, 손가락에 제1 및 제2 직동 액추에이터(31, 32)의 토크를 합산한 토크를 작용시킬 수 있다.
또한, (3) 예를 들어 제1 직동 액추에이터(31) 및 제2 직동 액추에이터(32)를 동시에, 또한 제2 직동 액추에이터(32)를 제1 직동 액추에이터(31)보다도 고속으로 구동하면, 손가락의 근원[제1 손가락 링크(11)]도 손끝[제2 손가락 링크(12) 및 제3 손가락 링크(13)]도 구부릴 수 있다[도 5의 (C)→(F)].
다음으로, 로봇 핸드의 각 부의 구조를 설명한다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 이하의 설명에 있어서, 신장된 손가락이 펴지는 방향을 전후 방향으로 하고, 신장된 손가락과 직교하는 방향을 좌우 방향으로 한다.
베이스부(1)는, 저부(1a)와, 저부(1a)의 좌우 방향의 단부로부터 수직하게 기립 설치되는 한 쌍의 지지벽(1b, 1c)을 구비한다. 한 쌍의 지지벽(1b, 1c) 사이에는, 중간벽(1d)이 설치된다. 지지벽(1b)과 중간벽(1d) 사이에 제1 직동 액추에이터(31)의 본체부(31a)가 회전 가능하게 지지된다. 중간벽(1d)과 지지벽(1c) 사이에 제2 직동 액추에이터(32)의 본체부(32a)가 회전 가능하게 지지된다. 베이스부(1)에 대한 제1 직동 액추에이터(31)의 회전의 중심선(L1)과 베이스부(1)에 대한 제2 직동 액추에이터(32)의 회전의 중심선(L1)은 동일선 상에 있다.
제1 및 제2 직동 액추에이터(31, 32)는, 볼 나사를 사용하여 축부를 본체부에 대해 직선 운동시킨다. 축부(31b, 32b)의 외주면에는 나사가 형성된다. 본체부(31a, 32a)에는, 축부(31b, 32b)의 나사에 나사 결합되는 볼 나사 너트가 조립된다. 본체부(31a, 32a)에는, 볼 나사 너트를 회전 구동시키는 모터(31c, 32c)가 설치된다. 모터(31c, 32c)가 볼 나사 너트를 회전 구동시키면, 축부(31b, 32b)가 축선 방향으로 직선 운동한다.
베이스부(1)에는, 제1 직동 액추에이터(31) 및 제2 직동 액추에이터(32)의 모터를 제어하기에 적합한 전력을 공급하는 제1 드라이버(33) 및 제2 드라이버가 배치된다[도 1에는 제1 드라이버(33)만이 도시되어 있지만, 제2 직동 액추에이터(32)의 하방에 제2 드라이버가 배치됨]. 제1 드라이버(33) 및 제2 드라이버는, 모터에 전력을 공급하는 PWM(pulse width modulation) 인버터 등의 전력 변환기, 조작 매니퓰레이터 등의 상위 지령기 및 후술하는 센서로부터의 정보에 의해 전력 변환기를 제어하는 제어기를 구비한다. 제1 드라이버(33) 및 제2 드라이버는, 제1 및 제2 직동 액추에이터(31, 32) 중 어느 한쪽을 주축으로 하고, 다른 쪽을 종축으로 한 동기 제어를 행한다.
제1 직동 액추에이터(31)의 축부(31b)는, 제1 어댑터(35)를 통해 제1 손가락 링크(11)에 회전 가능하게 연결된다. 제1 어댑터(35)는, 제1 손가락 링크(11)에 고정되는 본체부(35a)와, 본체부(35a)로부터 2갈래로 나뉘어진 한 쌍의 축 지지부(35b)를 구비한다. 한 쌍의 축 지지부(35b)에는 연결 축(28)이 회전 가능하게 지지된다. 연결 축(28)에는 제1 직동 액추에이터(31)의 축부(31b)(도 2 참조)가 연결된다.
제2 직동 액추에이터(32)의 축부(32b)는, 제2 어댑터(36)를 통해 작동 링크(5)에 회전 가능하게 연결된다. 제2 어댑터(36)는, 제2 직동 액추에이터(32)의 축부(32b)에 연결되는 본체부(36a)와, 본체부(36a)의 좌우 방향의 단부로부터 전방에 2갈래로 나뉘어 돌출되는 한 쌍의 연결편(36b)을 구비한다. 한 쌍의 연결편(36b)에는, 연결 축(37)이 설치된다. 연결 축(37)에는, 작동 링크(5)의 기단부가 회전 가능하게 연결된다.
베이스부(1)의 전단부는 단면 U자형으로 형성된다. 베이스부(1)의 전단부의 한 쌍의 지지벽(1e)에는, 제1 손가락 링크(11)를 회전 가능하게 지지하는 제1 축(21)이 걸쳐진다. 베이스부(1)에는 센서(38)(도 3 참조)가 장착된다. 이 센서(38)는, 예를 들어 X·Y·Z 방향의 힘 및 토크를 동시에 실시간으로 검출하는 6축력 센서로 이루어진다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 제1 손가락 링크(11)는, 단면이 U자형으로 형성되어 있고, 저부와, 저부의 좌우 방향의 단부로부터 수직하게 기립 설치되는 한 쌍의 측벽부(11a)를 갖는다. 제1 손가락 링크(11)의 한 쌍의 측벽부(11a)가 베이스부(1)의 선단부의 한 쌍의 지지벽(1e) 사이에 끼움 삽입된다. 제1 손가락 링크(11)의 한 쌍의 측벽부(11a)의 선단부에는 제2 축(22)이 설치된다. 제2 축(22)에 제2 손가락 링크(12)가 회전 가능하게 지지된다(도 3 참조). 제1 손가락 링크(11)에는 예를 들어 6축력 센서로 이루어지는 센서(39)(도 3 참조)가 장착된다.
제2 손가락 링크(12)는, 단면이 U자형으로 형성되어 있고, 저부와, 저부의 좌우 방향의 단부로부터 수직하게 기립 설치되는 한 쌍의 측벽부(12a)를 갖는다. 제2 손가락 링크(12)의 한 쌍의 측벽부(12a)가 제1 손가락 링크(11)의 한 쌍의 측벽부(11a) 사이에 끼움 삽입된다. 제2 손가락 링크(12)의 한 쌍의 측벽부(12a)의 선단부에는 제3 축(23)이 설치된다. 제3 축(23)에 제3 손가락 링크(13)가 회전 가능하게 지지된다. 제2 손가락 링크(12)의 한 쌍의 측벽부(12a)의 기단부에는 연결 축(6)이 설치된다. 이 연결 축(6)은 작동 링크(5)의 선단부에 연결된다(도 4 참조). 한 쌍의 측벽부(12a)에는 연결 축(4)과의 간섭을 피하도록 절결(12b)(도 4 참조)이 형성된다.
제3 손가락 링크(13)는, 단면이 U자형으로 형성되어 있고, 저부와, 저부의 좌우 방향의 단부로부터 수직하게 기립 설치되는 한 쌍의 측벽부(13a)를 갖는다. 제3 손가락 링크(13)의 한 쌍의 측벽부(13a)의 내측에 제2 손가락 링크(11)의 한 쌍의 측벽부(12a)가 끼움 삽입된다. 제3 손가락 링크(13)의 한 쌍의 측벽부(13a)의 기단부에는, 연결 축(4)이 설치된다. 이 연결 축(4)에 보조 링크(2)가 회전 가능하게 연결된다. 제3 손가락 링크(13)에는, 예를 들어 6축력 센서로 이루어지는 센서(40)(도 3 참조)가 장착된다.
작동 링크(5)는, 전후 방향으로 가늘고 긴 판 형상으로 형성된다. 작동 링크(5)의 기단부는 어댑터(36)의 연결 축(28)에 회전 가능하게 연결된다. 작동 링크(5)의 선단부는 제2 손가락 링크(12)의 연결 축(6)에 회전 가능하게 연결된다.
보조 링크(2)는 전후 방향으로 가늘고 긴 판 형상으로 형성된다. 보조 링크(2)의 기단부는 제1 손가락 링크(11)의 연결 축(3)(도 3 참조)에 회전 가능하게 연결된다. 보조 링크(2)의 선단부는 제3 손가락 링크(13)의 연결 축(4)(도 3 참조)에 연결된다.
이상에 본 실시 형태의 로봇 핸드 구성을 설명하였다. 본 실시 형태의 로봇 핸드에 의하면 이하의 효과를 발휘한다. 손가락을 동작시키는 제1 직동 액추에이터(31) 및 제2 직동 액추에이터(32)의 본체부(31a, 32a)가 베이스부(1)에 배치되므로, 사람의 손가락과 마찬가지의 크기의 힘(관절 토크)을 가진 것에 더하여, 사람의 손가락과 동등한 크기로 손가락을 소형화할 수 있다. 또한, 제1 내지 제3 손가락 링크(11, 12, 13)가 물체에 부딪혀도, 혹은 물에 잠겨도, 제1 및 제2 직동 액추에이터(31, 32)를 보호할 수 있다.
베이스부(1)에 대한 제1 직동 액추에이터(31)의 회전의 중심선(L1)과 베이스부(1)에 대한 제2 직동 액추에이터(32)의 회전의 중심선(L1)을 동일한 선 상에 배치함으로써, 제1 및 제2 직동 액추에이터(31, 32)의 제어가 용이해진다.
제2 직동 액추에이터(32)가 작동 링크(5)를 통해 제2 손가락 링크(12)에 구동력을 부여하므로, 제2 손가락 링크(12)로부터 이격된 위치에 있는 베이스부(1)에 제2 직동 액추에이터(32)를 배치하는 것이 가능해진다.
보조 링크(2)를 제1 손가락 링크(11) 및 제3 손가락 링크(13)에 회전 가능하게 연결함으로써, 제1 손가락 링크(11)의 회전과 제3 손가락 링크(13)의 회전을 연동시킬 수 있다.
본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 일 없이, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위에서 이하에 기재된 다양한 실시 형태로 변경 가능하다.
상기 실시 형태에서는, 로봇 핸드의 손가락이 3개의 관절을 갖고 있지만, 로봇 핸드의 손가락이 4개의 관절을 갖고 있어도 된다. 이 경우, 제3 손가락 링크의 선단에 제4 손가락 링크가 회전 가능하게 연결된다. 그리고, 제2 링크에 대한 제3 링크의 상대적인 회전과 제3 손가락 링크에 대한 제4 링크의 상대적인 회전을 연동시키도록, 제2 보조 링크가 제2 손가락 링크 및 제4 손가락 링크에 회전 가능하게 연결된다.
상기 실시 형태에서는, 제1 내지 제3 손가락 링크(11, 12, 13) 및 보조 링크(2)를 회전 대우에 의해 연쇄를 이루는 4절 회전 연쇄로 구성하고 있지만, 4개의 회전 대우 중 적어도 1개를 미끄럼 대우로 치환할 수도 있다.
상기 실시 형태에서는, 작동 링크(5)를 통해 제2 직동 액추에이터(32)로부터 제2 손가락 링크(12)에 구동력을 부여하고 있지만, 제2 직동 액추에이터로부터 제2 손가락 링크에 직접 구동력을 부여할 수도 있다. 또한, 작동 링크를 통해 제2 직동 액추에이터로부터 보조 링크에 구동력을 부여할 수도 있고, 작동 링크를 통해 제2 직동 액추에이터로부터 제3 손가락 링크에 구동력을 부여할 수도 있다.
상기 실시 형태에서는, 손가락을 작동시키는 구동원으로서, 베이스부(1)에 설치한 제1 및 제2 직동 액추에이터(31, 32)를 사용하고 있지만, 베이스부(1)에 설치한 도 6에 나타내는 제1 및 제2 감속기를 구비한 회전 모터(41, 42)를 사용할 수도 있다. 이 경우, 제1 및 제2 감속기를 구비한 회전 모터(41, 42)의 출력축(41a, 42a)에는 레버(43)가 고정된다. 제1 감속기를 구비한 회전 모터(41)는 레버(43)를 통해 제1 손가락 링크(11)를 회전시킨다. 제2 감속기를 구비한 회전 모터(42)는, 레버(43)를 개시하여 제2 손가락 링크(12)를 회전시킨다.
상기 실시 형태에서는, 손가락을 작동시키는 구동원으로서, 베이스부(1)에 설치한 제1 및 제2 직동 액추에이터(31, 32)를 사용하고 있지만, 사람의 손의 중수지절간 관절에 대응하는 위치에 제1 회전 모터를 설치하고, 베이스부에 대해 제1 링크가 상대적으로 회전하도록 할 수도 있다. 또한, 사람의 손의 근위지절간 관절에 대응하는 위치에 제2 회전 모터를 설치하고, 제1 링크에 대해 제2 링크가 상대적으로 회전하도록 할 수도 있다.
상기 실시 형태에서는, 볼 나사를 사용한 제1 및 제2 직동 액추에이터(31, 32)를 사용하고 있지만, 볼 나사를 사용한 제1 및 제2 직동 액추에이터(31, 32) 대신에, 공압 또는 유압 실린더, 리니어 모터, 인공 근육 액추에이터 등을 사용할 수 있다.
상기 실시 형태에서는, 제1 내지 제3 축(21, 22, 23), 연결 축(3, 4)을 축의 직경에 맞춘 구멍에 끼우고 있지만, 긴 구멍에 끼울 수도 있다. 이 경우, 제1 내지 제3 손가락 링크(11, 12, 13)가 일정 운동만이 가능해지도록, 제1 내지 제3 축(21, 22, 23), 연결 축(3, 4)을 긴 구멍의 길이 방향의 일단부에 가압하는 스프링을 설치할 필요가 있다.
본 발명의 로봇 핸드는, 인간형 로봇, 산업용 로봇 등의 로봇의 엔드 이펙터로서 사용할 수 있다. 이 밖에도, 사람의 손을 대신하는 의수로서 사용할 수 있다.
본 명세서는, 2012년 11월 14일에 출원된 일본 특허 출원 제2012-250491에 기초한다. 이 내용은 모두 여기에 포함시켜 둔다.
1 : 베이스부
2 : 보조 링크
5 : 작동 링크
11 : 제1 손가락 링크
12 : 제2 손가락 링크
13 : 제3 손가락 링크
21 : 제1 축
22 : 제2 축
23 : 제3 축
31 : 제1 직동 액추에이터(제1 액추에이터)
31a : 제1 직동 액추에이터의 본체부
31b : 제1 직동 액추에이터의 축부
32 : 제2 직동 액추에이터(제2 액추에이터)
32a : 제2 직동 액추에이터의 본체부
32b : 제2 직동 액추에이터의 축부
L1 : 중심선

Claims (6)

  1. 베이스부와,
    상기 베이스부에 회전 가능하게 연결되는 제1 손가락 링크와,
    상기 제1 손가락 링크에 회전 가능하게 연결되는 제2 손가락 링크와,
    상기 제2 손가락 링크에 회전 가능하게 연결되는 제3 손가락 링크와,
    상기 제1 손가락 링크에 대한 상기 제2 손가락 링크의 상대적인 회전과 상기 제2 손가락 링크에 대한 상기 제3 손가락 링크의 상대적인 회전을 연동시키는 보조 링크와,
    상기 베이스부에 대해 상기 제1 손가락 링크가 상대적으로 회전하도록, 상기 제1 손가락 링크에 구동력을 부여하는 제1 액추에이터와,
    상기 제1 손가락 링크에 대해 상기 제2 손가락 링크가 상대적으로 회전하고, 또한 상기 제2 손가락 링크에 대해 상기 제3 손가락 링크가 상대적으로 회전하도록, 상기 제2 손가락 링크 및 상기 제3 손가락 링크 중 적어도 한쪽에 구동력을 부여하는 제2 액추에이터를 구비하고,
    상기 제1 액추에이터 및 상기 제2 액추에이터는, 상기 베이스부에 배치되고,
    상기 제1 액추에이터를 정지시킨 상태에서 상기 제2 액추에이터를 구동하면, 상기 제1 손가락 링크가 상기 베이스부에 대하여 일정한 각도를 유지한 채, 상기 제2 손가락 링크를 상기 제1 손가락 링크에 대해 상대적으로 회전시키고, 또한 상기 제3 손가락 링크를 상기 제2 손가락 링크에 대해 상대적으로 회전시킬 수 있는, 로봇 핸드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 액추에이터는, 본체부 및 상기 본체부에 대해 직선 운동하는 축부를 갖는 제1 직동 액추에이터이고,
    상기 제2 액추에이터는, 본체부 및 상기 본체부에 대해 직선 운동하는 축부를 갖는 제2 직동 액추에이터이고,
    상기 제1 직동 액추에이터의 상기 본체부 및 상기 제2 직동 액추에이터의 상기 본체부가, 상기 베이스부에 배치되는 것을 특징으로 하는, 로봇 핸드.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 직동 액추에이터의 상기 본체부는, 상기 베이스부에 회전 가능하게 지지되고,
    상기 제2 직동 액추에이터의 상기 본체부는, 상기 베이스부에 회전 가능하게 지지되고,
    상기 베이스부에 대한 상기 제1 직동 액추에이터의 회전의 중심선과 상기 베이스부에 대한 상기 제2 직동 액추에이터의 회전의 중심선이 실질적으로 동일선 상에 있는 것을 특징으로 하는, 로봇 핸드.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 로봇 핸드는, 상기 제2 직동 액추에이터의 상기 축부에 회전 가능하게 연결됨과 함께, 상기 제2 손가락 링크 또는 상기 보조 링크에 회전 가능하게 연결되는 작동 링크를 더 구비하고,
    상기 제2 직동 액추에이터는, 상기 작동 링크를 통해 상기 제2 손가락 링크에 구동력을 부여하는 것을 특징으로 하는, 로봇 핸드.
  5. 베이스부와,
    상기 베이스부에 회전 가능하게 연결되는 제1 손가락 링크와,
    상기 제1 손가락 링크에 회전 가능하게 연결되는 제2 손가락 링크와,
    상기 제2 손가락 링크에 회전 가능하게 연결되는 제3 손가락 링크와,
    상기 제1 손가락 링크에 대한 상기 제2 손가락 링크의 상대적인 회전과 상기 제2 손가락 링크에 대한 상기 제3 손가락 링크의 상대적인 회전을 연동시키는 보조 링크와,
    상기 베이스부에 대해 상기 제1 손가락 링크가 상대적으로 회전하도록, 상기 제1 손가락 링크에 구동력을 부여하는 제1 액추에이터와,
    상기 제1 손가락 링크에 대해 상기 제2 손가락 링크가 상대적으로 회전하고, 또한 상기 제2 손가락 링크에 대해 상기 제3 손가락 링크가 상대적으로 회전하도록, 상기 제2 손가락 링크 및 상기 제3 손가락 링크 중 적어도 한쪽에 구동력을 부여하는 제2 액추에이터를 구비하고,
    상기 보조 링크는, 상기 제1 손가락 링크에 회전만 가능하게 연결됨과 함께, 상기 제3 손가락 링크에 회전만 가능하게 연결되고,
    상기 제1 액추에이터를 정지시킨 상태에서 상기 제2 액추에이터를 구동하면, 상기 제1 손가락 링크가 상기 베이스부에 대하여 일정한 각도를 유지한 채, 상기 제2 손가락 링크를 상기 제1 손가락 링크에 대해 상대적으로 회전시키고, 또한 상기 제3 손가락 링크를 상기 제2 손가락 링크에 대해 상대적으로 회전시킬 수 있는, 로봇 핸드.
  6. 삭제
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