KR101631756B1 - 핸드 유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 팜 바디를 포함하는 핸드 바디와, 가동 가능하게 일단이 상기 팜 바디에 장착되고 복수 개의 조인트로 연결되는 복수 개의 패랭크스를 구비하는 세 개 이상의 핑거부와, 상기 핑거부의 구동을 위한 구동력을 생성하는 구동부와, 상기 구동부에서 생성된 구동력을 상기 핑거부에 전달하여 상기 핑거부의 파지 동작을 실행하도록 하는 트랜스퍼부를 구비하고, 상기 트랜스퍼부는: 일단이 상기 핑거부의 선단의 패랭크스에 연결되는 복수 개의 패랭크스 와이어를 포함하는 서브 와이어와, 일단이 상기 구동부 측에 연결되는 메인 와이어를 포함하는 트랜스퍼 와이어; 상기 메인 와이어의 타단 및 상기 서브 와이어의 타단 중의 적어도 세 개가 사전 설정된 거리 간격을 두고 연결 가능하고 회동 가능한 하나 이상의 트랜스퍼 플레이트;를 구비하고, 상기 핑거부가 비정형 대상체의 동시 파지가 가능하고, 상기 핑거부 간의 사전 설정된 힘의 비율로 파지 가능한 것을 특징으로 하는 핸드 유닛을 제공한다.

Description

핸드 유닛{HAND UNIT FOR GRIPPIING MOTION}

본 발명은 핸드 유닛에 관한 것으로, 의수 내지 로봇에 사용 가능한 파지 기능을 구비하는 핸드 액츄에이터에 관한 것이다.

로봇에 대한 수요는 산업용으로써 뿐만 아니라 가정용에 대한 수요도 증대되고 있고, 이에 따라 로봇 연구가 활발하게 진행되고 있다.

종래 기술에 따라 로봇의 손동작 가능한 엔드 이펙터는 고가의 센서 들이 구비되어 복잡한 제어 과정을 거쳐 안정적인 그립 동작을 구현하는 로봇들이 많이 생산 내지 연구되고 있다. 이러한 엔드이펙터를 갖는 로봇들은 서비스 산업 분야 뿐만 아니라, 장애인의 의수와 같은 보조 장치로 활용될 수 있다.

하지만, 이러한 엔드 이펙터의 경우 제조원가가 상당하고 동작 제어가 복잡하다는 점으로 인하여 범용성의 제한이 따르게 된다.

본 발명의 목적은 상기 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 간단한 기구적 구조를 통하여 고가의 센서를 배제하여 원가 절감을 이루고 유지 보수성을 향상시키되, 소정의 안정적인 그립 동작 구현을 가능하게 하는 핸드 유닛을 제공하는 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 팜 바디를 포함하는 핸드 바디와, 가동 가능하게 일단이 상기 팜 바디에 장착되고 복수 개의 조인트로 연결되는 복수 개의 패랭크스를 구비하는 세 개 이상의 핑거부와, 상기 핑거부의 구동을 위한 구동력을 생성하는 구동부와, 상기 구동부에서 생성된 구동력을 상기 핑거부에 전달하여 상기 핑거부의 파지 동작을 실행하도록 하는 트랜스퍼부를 구비하고, 상기 트랜스퍼부는: 일단이 상기 핑거부의 선단의 패랭크스에 연결되는 복수 개의 패랭크스 와이어를 포함하는 서브 와이어와, 일단이 상기 구동부 측에 연결되는 메인 와이어를 포함하는 트랜스퍼 와이어; 상기 메인 와이어의 타단 및 상기 서브 와이어의 타단 중의 적어도 세 개가 사전 설정된 거리 간격을 두고 연결 가능하고 회동 가능한 하나 이상의 트랜스퍼 플레이트;를 구비하고, 상기 핑거부가 비정형 대상체의 동시 파지가 가능하고, 상기 핑거부 간의 사전 설정된 힘의 비율로 파지 가능한 것을 특징으로 하는 핸드 유닛을 제공한다.

상기 핸드 유닛에 있어서, 상기 서브 와이어는: 양단이 서로 이격 배치되는 트랜스퍼 플레이트 사이에 각각 연결되는 미디엄 와이어를 포함할 수도 있다.

상기 핸드 유닛에 있어서, 상기 핑거부는 엄지 기능을 실행하는 썸 핑거부와, 상기 썸 핑거부와 사전 설정 각도로 배치되는 네 개의 서브 핑거부를 구비할 수도 있다.

상기 핸드 유닛에 있어서, 상기 패랭크스 와이어는 상기 썸 핑거부와 연결되는 썸 패랭크스 와이어와, 상기 네 개의 서브 핑거부와 연결되는 서브 패랭크스 와이어를 구비할 수도 있다.

상기 핸드 유닛에 있어서, 상기 트랜스퍼 플레이트는: 상기 서브 패랭크스 와이어와 연결되는 패랭크스 플레이트와, 상기 메인 와이어와 연결되는 메인 플레이트와, 상기 미디엄 와이어와 연결되는 미디엄 플레이트를 구비할 수도 있다.

상기 핸드 유닛에 있어서, 상기 네 개의 서브 패랭크스 와이어는 인접한 두 개의 서브 패랭크스 와이어가 각각의 패랭크스 플레이트의 일측에, 그리고 상기 미디엄 와이어가 각각의 상기 서브 패랭크스 플레이트의 타측에 사전 설정 위치에 단수 연결될 수도 있다.

상기 핸드 유닛에 있어서, 상기 미디엄 플레이트에는 일측에 다른 두 개의 미디엄 와이어가, 타측에는 단수 개의 미디엄 와이어가 사전 설정 거리로 연결될 수도 있다.

상기 핸드 유닛에 있어서, 상기 메인 플레이트의 일측에는 썸 패랭크스 와이어와 상기 미디엄 와이어 중의 하나가, 그리고 타측에는 상기 메인 와이어가 사전 설정 거리를 두고 연결될 수도 있다.

상기 핸드 유닛에 있어서, 상기 구동부는 상기 핑거부를 구동시켜 대상체를 파지하기 위한 그립 구동부를 구비하고, 상기 그립 구동부는: 상기 핑거부를 구동시키는 구동력을 생성하는 그립 구동 모터와, 상기 구동 모터의 회전축에 연결되어 회동하고 외주에 그립 구동 샤프트 스크류가 구비되는 그립 구동 샤프트와, 상기 그립 구동 샤프트가 관통 배치되어 상기 그립 구동 샤프트 스크류에 치합되는 무빙 블록 스크류를 구비하고 상기 그립 구동 샤프트의 길이 방향을 따라 가동 가능한 그립 구동 무빙 블록과, 상기 메인 와이어의 일단과 연결되고 적어도 일부가 상기 그립 구동 무빙 블록과 함께 직선 가동 가능한 그립 구동 로드부를 구비할 수도 있다.

상기 핸드 유닛에 있어서, 상기 핸드 바디는 상기 팜 바디와 연결되는 리스트 바디를 구비하고, 상기 그립 구동 로드부는: 적어도 일단이 상기 리스트 바디 측에 위치 고정되어 장착되는 로드 하우징과, 상기 로드 하우징에 상기 로드 하우징의 길이 방향을 따라 가동 가능하게 장착되고 상기 메인 와이어의 일단과 연결되는 로드 와이어 블록과, 상기 메인 와이어가 관통하고, 상기 로드 하우징에 사전 설정 범위에서 가동 가능하게 배치되고, 상기 그립 구동 무빙 블록과 연결되어 함께 직선 가동 가능한 로드 캡과, 상기 로드 와이어 블록과 상기 로드 캡 사이에 배치되어 양자 간에 탄성 지지지력을 제공하는 로드 탄성부를 구비할 수도 있다.

상기 핸드 유닛에 있어서, 상기 로드 탄성부는; 상기 로드 와이어 블록과 상기 로드 캡 사이에 배치되어 상기 로드 하우징의 길이 방향을 따라 가동 가능하게 배치되는 탄성 가이드와, 상기 탄성 가이드를 사이에 두고 상기 로드 와이어 블록과 상기 로드 캡과의 사이에 배치되는 로드 탄성체를 구비할 수도 있다.

상기 핸드 유닛에 있어서, 상기 로드 탄성체는: 상기 로드 캡과 상기 탄성 가이드 사이에 배치되는 어퍼 탄성체와, 상기 로드 와이어 블록과 상기 탄성 가이드 사이에 배치되는 로워 탄성체를 구비하고, 상기 어퍼 탄성체와 상기 로워 탄성체는 서로 상이한 탄성 계수를 구비할 수도 있다.

상기 핸드 유닛에 있어서, 상기 핸드 바디는 상기 리스트 바디와 이격 배치되는 아암 바디를 구비하고, 상기 구동부는 상기 리스트 바디를 상기 아암 바디에 대하여 상대 회동시키는 리스트 구동부를 더 구비할 수도 있다.

상기 핸드 유닛에 있어서, 상기 리스트 구동부는: 상기 리스트 바디 측에 배치되고 리스트 바디를 가동시키는 구동력을 생성하는 리스트 구동 모터와, 상기 리트스 구동 모터에 연결되는 리스트 구동 기어와, 상기 아암 바디 측에 배치되고 상기 리스트 구동 기어와 치합되는 리스트 피동 기어를 구비할 수도 있다.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 핸드 유닛은 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫째, 본 발명에 따른 핸드 유닛은, 기계적 요소를 통한 구현을 이루어 제조 원가를 현저하게 저감시키는 그립핑 기능의 핸드 유닛을 제공할 수 있다.

둘째, 본 발명에 따른 핸드 유닛은, 고가 센서를 배제하여 오작동 가능성을 최소화하여 유지 보수성을 향상시키고, 안정적인 신뢰성 확보를 이루는 핸드 유닛을 제공할 수도 있다

셋째, 본 발명에 따른 핸드 유닛은, 트랜스퍼 와이어 및 트랜스퍼 플레이트를 포함하는 모빌 구조의 트랜스퍼부를 통하여 핑거부의 사전 설정된 비율에 따른 하중을 균일하게 제공하되, 비정형 물체에 대하여 안정적인 그립을 이루도록 할 수도 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허 청구 범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

도 1 및 도 3는 본 발명에 따른 핸드 유닛을 실행하는 핸드 유닛의 개략적인 사시도 및 부분 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 다른 변형예의 개략적인 사시도이다.
도 4은 본 발명의 일실시예에 따른 핸드 유닛의 개략적인 전체 분해 사시도이다.
도 5는 도 4의 부분 확대도이다.
도 6는 본 발명의 일실시예에 따른 핸드 유닛의 작동 상태를 도시하는 상태도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 핸드 유닛의 모빌 구조의 트랜스퍼부의 상태를 도시하는 선도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 핸드 유닛의 핑거부의 개략적인 부분 구성도이다.
도 9은 도 8의 부분 확대도이다.
도 10은 본 발명에 따른 핸드 유닛을 실행하는 핸드 유닛의 트랜스퍼 와이어가 도시된 개략적인 사시도이다.
도 11은 본 발명에 따른 핸드 유닛을 실행하는 다른 일예의 핸드 유닛의 트랜스퍼 와이어가 도시된 개략적인 사시도이다.

이하에서는 본 발명에 따른 핸드 유닛에 대하여 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

본 발명은 로봇의 엔드 이펙터 내지 장애인을 보조하는 핸드 유닛(10)에 대한 것으로, 본 발명의 핸드 유닛(10)은 핸드 바디(100)와, 세 개 이상의 핑거부(200)와, 구동부(400)와, 트랜스퍼부(300)를 포함하고, 트랜스퍼부(300)는 트랜스퍼 와이어(310, 도 1, 도 2, 도 7 및 도 8, 도 10 및 도 11 참조)와 트랜스퍼 플레이트(320)를 구비한다. 트랜스퍼부(300)는 모빌 구조(mobile)를 이루는데, 트랜스퍼 와이어(310)와 트랜스퍼 플레이트(320)의 간단한 연결 구조를 통하여 힘의 균등 분배 내지 사전 설정된 비율에 따른 배분을 이루되 변위 조정을 가능하게 함으로써 비정형 물체에 대하여도 파지를 가능하게 한다. 도 1에는 본 발명의 일예로서의 핸드 유닛(10)의 개략적 사시도가 도시되는데, 하기되는 트랜스퍼 와이어를 안내하는 롤러(215)가 내부에 인입된 경우를 도시하나, 경우에 따라 도 2에 도시된 바와 같이 롤러(215,217)가 팜 바디(110)의 내측면에서 노출되어 배치되는 구조를 취할 수도 있는 등 설계 사양에 따라 다양한 구성이 가능하다.

핸드 바디(100)는 본 발명에 따른 핸드 유닛(10)의 전체적인 프레임을 형성한다. 핸드 바디(100)는 팜 바디(110)와 리스트 바디(120)와 아암 바디(130)를 포함하는데, 아암 바디(130)는 장애인의 신체 측에 연결되는 구조를 취하고, 리스트 바디(120)는 아암 바디(130)와 연결되어 일단에 팜 바디(110)가 배치되고, 팜 바디(110)에는 대상체인 파지하려는 물체를 그립하기 위한 손가락으로 기능하는 핑거부(200)가 배치된다. 아암 바디(130)는 아암 바디 하우징(131)과 다른 구성요소를 안정적으로 수용 지지하는 아암 바디 홀더(133,135)가 구비되는데, 아암 바디 홀더(133,135)는 아암 바디 하우징(131)에 상대 회동 가능한 구조를 취하고, 하기되는 리스트 피동 기어(435)는 아암 바디 하우징(131)의 내측에 고정 장착된다.

팜 바디(110)는 소정의 손바닥 형상을 갖는 플레이트 타입의 프레임으로 형성될 수 있다. 팜 바디(110)의 일단에는 핑거부(200)가 배치되는데, 핑거부(200)는 사람의 손가락 기능을 실행하기 위하여 소정의 관절 굽힘 구조를 형성한다. 핑거부(200)는 가동 가능하게 일단이 팜 바디(110)에 장착되고 복수 개의 조인트로 연결되는 복수 개의 패랭크스(223,224,225,226)를 포함하는데 세 개 이상이 구비된다.

보다 구체적으로, 핑거부(200)는 썸 핑거부(210)와 서브 핑거부(220)를 포함하는데, 썸 핑거부(210)는 엄기 기능을 실행하고 서브 핑거부(220)는 엄지 이외의 다른 손가락 기능을 실행한다. 썸 핑거부(210)와 서브 핑거부(220)는 사전 설정된 각도로 서로 대향 배치되는 구조를 취하여 대상체인 물체의 파지 위치를 최소한 3점 이상의 서로 대향 배치되는 파지점 구조를 이룸으로써 안정적인 파지 능력을 구현할 수 있는데 본 실시예에서는 총 5개의 파지점을 구비하도록 썸 핑거부 이외에 4개의 서브 핑거부가 구비된다

썸 핑거부(210)와 서브 핑거부(220)는 신체의 손가락을 모사하도록 복수 개의 조인트와 복수 개의 마디부, 즉 패랭크스(212,214,216,222,224,226)와 복수 개의 조인트(211,213,221,223,225)를 포함하는데, 패랭크스(212,214,216,222,224, 226)는 인접한 다른 패랭크스와의 사이에 조인트가 배치되어 상호 회동 가능하게 연결되는 구조를 취한다. 패랭크스(212,214,216,222,224,226) 중 다른 패랭크스(212,214,216,222,224,226)와 연결되는 단부 측에는 패랭크스 스톱퍼(222t, 222s,224t,224s,226t,226s)를 포함하여 양자의 맞물림을 통하여 패랭크스 간의 과도한 회동을 방지하여 실제 손가락이 손등 측으로 과도하게 회동하는 것을 제한할 수도 있다. 이는 모든 손가락 기능의 핑거부에 대하여 적용될 수 있다.

또한, 인접한 패랭크스 사이에 배치되는 조인트에는 리턴 스프링(230)이 더 구비될 수 있다. 즉, 리턴 스프링(230)은 소정의 토션 스프링으로 구현될 수 있는데 조인트 사이에 배치되어 인접한 패랭크스에 각각 단부가 배치됨으로써 외력이 제거되는 경우 소정의 복원력을 제공하여 패랭크스가 펼쳐지는 구성을 취하도록 할 수 있고, 펼쳐져 복원되는 범위는 상기한 패랭크스 스톱퍼에 의하여 제한될 수 있다.

여기서, 리턴 스프링은 코일 타입의 토션 스프링으로 구현되었느나 단순한 판 스프링 내지 리프 스프링으로 구현될 수도 있는 등 다양한 구성이 가능하다.

구동부(400)는 핑거부(200)의 구동을 위한 구동력을 생성하는데, 구동부(400)는 구동 모터(410)를 포함한다. 구동부(400)의 자세한 구성은 후술한다.

구동부(400)에서 생성된 구동력은 트랜스퍼부(300)를 통하여 핑거부(200)로 전달되어 핑거부(200)의 파지 동작이 실행되는데, 트랜스퍼부(300)는 트랜스퍼 와이어(310)와 트랜스퍼 플레이트(320)를 포함한다. 트랜스퍼 와이어(310)는 메인 와이어(311)와 서브 와이어(313,315)를 포함한다. 에는 트랜스퍼 와이어(310)의 배치 상태가 도시되는 개략적인 사시도가 도시되는데, 전체적 구조는 도 7에 도시된 바와 같다.

메인 와이어(311)는 일단이 구동부(400) 측에 연결되고, 서브 와이어(313,315)는 일단이 핑거부(200)의 패랭크스 선단222), 보다 구체적으로 패랭크스 선단(222)에 배치되는 핀(301)에 연결된다. 패랭크스(212,214,216,222,224,226)에는 다른 핀(305)이 더 배치될 수 있는데 이는 트랜스퍼 와이어(310)의 서브 와이어(313,315)를 가이드하는 기능을 실행한다.

경우에 따라, 패랭크스에는 롤러(215; 215,217)이 구비되어 트랜스퍼 와이어(311;3131)을 가이드할 수도 있다(도 1 및 도 2, 도 10 및 도 11 참조). 롤러(215,217)의 위치는 패랭크스의 내부에 배치될 수도 있고, 외부에 배치되는 구조를 취할 수도 있는 등, 핑거부의 최선단, 즉 핑거부를 이루는 패랭크스 중 최선단 측의 패랭크스에 고정 연결된 트랜스퍼 와이어를 안내하는 핀에 이격 배치되어 트랜스퍼 와이어를 안내하여 트랜스퍼 플레이트와의 연결을 안정적으로 이루도록 하는 범위에서 설계 사양에 따라 다양한 변형이 가능하다.

서브 와이어(313)는 패랭크스 와이어(313)와 미디엄 와이어(315)를 포함하는데, 패랭크스 와이어(313)는 상기한 바와 같이 일단이 패랭크스의 선단에 고정 장착되고, 미디엄 와이어(315)는 트랜스퍼 플레이트(320)에 연결된다. 즉, 미디엄 와이어(315)는 양단이 서로 이격 배치되는 트랜스퍼 플레이트(320;321,323,325)에 연결된다.

패랭크스 와이어(313)는 썸 패랭크스 와이어(3131)와 서브 패랭크스 와이어(3132,3133,3134,3135)를 포함하는데, 썸 패랭크스 와이어(3131)는 썸 핑거부(210)와 연결되고, 서브 패랭크스 와이어(3132,3133,3134,3135)는 네 개의 서브 핑거부(220)와 연결되는데, 본 실시예에서 5 손가락 구조를 취하나, 앞서 기술된 바와 같이 적어도 두 개가 서로 대향하는 최소 3파지점 이상의 구조를 취하는 범위에서 다양한 구성이 가능하다.

트랜스퍼 플레이트(320)는 메인 와이어의 타단 및 서브 와이어의 타단 중의 적어도 세 개가 사전 설정된 거리 란격을 두고 연결 가능하고 회동 가능한 구조를 취하는데, 하나 이상의 플레이트 구조로 구현된다. 본 실시예에서 트랜스퍼 플레이트(320)는 총 4 개의 플레이트로 구현되는데, 5손가락 구조의 본 실시예의 트랜스퍼 플레이트(320)는 메인 플레이트(321)와 미디엄 플레이트(323)와 패랭크스 플레이트(325)를 포함하고, 패랭크스 플레이트(325)는 두 개가 서로 이격 배치되는 구조를 취한다. 본 실시예에서 메인 플레이트(321)는 원판형 형상을 구비하고 리스트 바디(120)에 배치되는데, 메인 플레이트(321)는 리스트 바디(120)에 일축 연결되어 일축 회동 장착될 수도 있고, 가동 가능하나 리스트 바디(120)에서 인출 방지되도록 구성될 있고, 유니버설 조인트 등을 통하여 리스트 바디(120)에 상대 자유 회동 가능한 구조를 취할 수도 있는 등 설계 사양에 따라 다양한 변형이 가능하다.

본 실시예에서의 트랜스퍼부(300)는 모빌 구조, 즉 트랜스퍼 플레이트(320)를 사이에 두고 트랜스퍼 플레이트의 양측에 트랜스퍼 와이어(310)가 연결되되, 트랜스퍼 플레이트(320)의 양측에 연결되는 트랜스퍼 와이어(310)의 개수는 상이하고 트랜스퍼 플레이트(320)의 일측에 복수 개의 트랜스퍼 와이어(310)가 연결되는 경우 서로 사전 설정된 거리 간격을 두고 각각 트랜스퍼 플레이트(320)에 연결 배치되고, 타측에서의 트랜스퍼 와이어(310)의 연결 지점도 사전 설정된 위치로 형성되는 구조를 취할 수 있다.

즉, 본 실시예에서, 트랜스퍼 플레이트(320)는 메인 플레이트(321)와 미디엄 플레이트(323)와 두 개의 패랭크스 플레이트(325)가 서로 이격되어 순차 배치되는 구조를 취하고, 리스트 바디(120) 측에서 볼 때 메인 와이어(311)의 일단이 메인 플레이트(321)에 연결되고, 메인 플레이트(321)의 타측에 썸 패랭크스 와이어(3131)와 제 1 미디엄 와이어(3151)가 이격 연결되고, 메인 플레이트(321) 측에서 볼 때 미디엄 플레이트(323)의 일측에는 제 1 미디엄 와이어(3151)의 타단이 연결되고, 미디엄 플레이트(323)의 타측에는 두 개의 제 2 미디엄 와이어(3153)가 각각 이격 연결되고, 각각의 제 2 미디엄 와이어(3153)의 타측은 각각의 패랭크스 플레이트(325)의 일측에 연결되고, 각각의 패랭크스 플레이트(325)의 타측에는 각각의 서브 패랭크스 와이어(3132,3133,3134,3135)가 연결되고, 서브 패랭크스 와이어(3132,3133,3134,3135)의 타단은 서브 핑거부의 각 패랭크스 선단에 형성되는 핀(301)에 고정 연결된다.

여기서, 각 트랜스퍼 와이어와 트랜스퍼 플레이트의 연결 위치를 트랜스퍼 플레이트의 일측 내지 타측으로 표현하였으나, 서로 이격되는 위치를 점하는 범위에서 각 트랜스퍼 프레이트의 길이 방향 선분 상에 동일한 지점에 연결되는 구조를 취할 수도 있는 등 실질적인 모빌 구조를 형성하는 범위에서 다양한 구성이 가능하고, 트랜스퍼 플레이트는 너비와 폭을 갖는 플레이트일 수도 있고 단순한 봉 타입의 로드로 구현될 수도 있음은 상기 실시예로부터 명백하다.

도 6에는 파지 대상체가 없이 손가락을 쥐는 경우가 도시되는데, 이와 같이 구동부(400)를 통하여 소정의 인장력이 메인 와이어(311)에 인가되는 경우, 모빌 연결 구조를 통하여 사전 설정된 거리 간격에 의한 비율로 힘이 분할되어 전달되는데, 손가락 기능을 하는 핑거부에서 대상체 부존재로 인하여 반력이 발생하지 않은면 순차적인 와이어 당김 구조를 통하여 각 트랜스퍼 플레이트는 평형 상태를 유지하며 전체적인 병진 운동을 이루게 된다.

하지만, 핑거부에 대상체가 존재하는 경우 대상체와 접촉하는 핑거부에 해당하는 트랜스퍼 와이어의 이동이 제한됨으로써 이와 연결되는 트랜스퍼 플레이트는 소정의 회동 상태를 형성하여 아직 대상체와 비접촉 상태를 이루는 핑거부의 지속적인 변위 형성을 이루도록 하되 각 핑거부에서는 트랜스퍼 와이어와 트랜스퍼 플레이트의 연결된 사전 설정 거리를 통하여 소정의 힘의 전달(본 실시예에서는 순차적인 트랜스퍼 플레이트에 대하여 입력된 힘에 대하여 핑거부 측으로 1:1의 분할 구조를 이루며 연속하는 힘의 전달 구조) 구조를 이루며 패시브한 하중 제어 구조를 이루면서 파지 기능을 실행하게 되어, 궁극적으로 각 손가락에 대하여 사전 설정된 균일한 힘의 비율로 비정형 물체에 대하여도 안정적인 파지 기능을 실행할 수 있다.

도 10 및 도 11에는 본 발명의 트랜스퍼 와이어 및 트랜스퍼 플레이트의 연결 배치 상태가 도시되고, 트랜스퍼 와이어를 안내하는 롤러의 위치 변형예가 도시된다. 여기서, 트랜스퍼 와이어의 연결 경로를 도시하고자 트랜스퍼 와이어의 연결 경로는 다른 구성요소와 중첩 도시되었고 경우에 따라 외부로 노출 배치될 수도 있으나, 트랜스퍼 와이어는 패랭크스 등의 구성요소의 내부에 핀 내지 롤러 등을 통하여 안내되는 수용 구조를 취하는 것이 바람직하다. 또한, 도 10 및 도 11에서 롤러는 썸 핑거부 측에만 구비되는 것으로 도시되었으나 경우에 따라 다른 핑거부에 배치될 수도 있고 개수도 설계 사양에 따라 다양한 변형이 가능하다. 또한, 썸 핑거부와 다른 복수 개의 서브 핑거부와의 사전 설정 각도도 설계 사양에 따라 변형 가능한 바, 이들 간의 각도에 따라 롤러의 배치 위치도 설계 위치 조정이 가능하다.

한편, 본 발명의 파지 기능을 위한 구동력은 구동부(400)로부터 제공되는데, 본 발명의 구동부(400)는 단순한 구동력의 직결적 제공을 넘어 제공 부하를 조정하는 가변 부하 방식의 구동부를 제공할 수도 있다.

즉, 본 발명의 구동부(400)는 핑거부의 구동을 위한 구동력을 생성하는데, 구동부(400)는 핑거부를 구동시켜 대상체를 파지하기 위한 그립 구동부(420)를 구비한다. 그립 구동부(420)는 그립 구동 모터(421)와 그립 구동 샤프트(423)와 그립 구동 무빙 블록(425)와 그립 구동 로드부(427)를 구비한다.

그립 구동 모터(421)는 핑거부(200)를 구동시키는 구동력을 생성하는데, 전기 모터로 구현되고 하기되는 핸드 바디(100)의 아암 바디(130) 측에 내장 배치될 수 있다. 아암 바디(130)는 리스트 바디(120)와 이격되어 배치된다.

그립 구동 모터(421)의 회전축에는 그립 구동 샤프트(423)가 연결되는데, 그립 구동 샤프트(423)의 외주에는 그립 구동 샤프트 스크류(424)가 배치된다.

그립 구동 무빙 블록(425)에는 그립 구동 샤프트(423)가 관통 배치되는 무빙 블록 샤프트 관통구(4251)가 배치되고, 무빙 블록 샤프트 관통구(4251)의 내주에는 무빙 블록 스크류(426)가 배치된다. 그립 구동 무빙 블록(425)에는 무빙 블록 로트 하우징 관통구(4253)가 배치되어 하기되는 그립 구동 로드부(427)가 관통 가능하다. 또한, 그립 구동 무빙 블록(425)의 무빙 블록 로드 하우징 관통구(4253)에는 무빙 블록 로드 하우징 관통구(4235)의 길이 방향에 수직하도록 캡 고정 관통구(4255)가 배치되고, 캡 고정 관통구(4255)는 하기되는 로드 캡(4279)의 캡 가이드(42791)에 고정 장착된다.

그립 구동 로드부(427)는 메인 와이어(311)의 일단과 연결되고 적어도 일부가 그립 구동 무빙 블록(425)과 함께 직선 가동 가능하다. 그립 구동 로드부(427)는 로드 하우징(4271)와 로드 와이어 블록(4273)과 로드 캡(4279)와 로드 탄성부(4275)를 포함한다.

로드 하우징(4271)는 적어도 일단이 핸드 바디(100)의 리스트 바디(120) 측에 위치 고정되어 장착된다. 로드 하우징(4271)은 중공형 실린더로 구현되는데, 로드 하우징(4271)의 내부 공간에는 로드 와이어 블록(4273)과 로드 캡(4279)와 로드 탄성부(4275)가 수용 배치될 수 있다. 로드 하우징(4271)의 측면에는 길이 방향을 따라 슬롯 형식의 로드 하우징 관통 가이드(4272)가 형성되는데, 이를 통하여 하기되는 로드 캡(4279)의 캡 가이드(42791)가 노출되어 가동 안내되어 궁극적으로 로드 캡(4279)의 직선 가동이 안내되고, 로드 캡(4279)의 캡 가이드(42791)는 캑 고정 관통구(4255)와 연결되어 그립 구동 무빙 블록(4250은 그립 구동 로드부(427)의 로드 캡(4279)과 함께 직선 가동 가능한 구조를 이룬다.

로드 와이어 블록(4273)은 로드 하우징(4271)에 로드 하우징(4271)의 길이 방향을 따라 중공형 관통 내부 공간에 가동 가능하게 장착되는데, 로드 와이어 블록(4273)은 메인 와이어(311)의 일단과 연결된다. 로드 와이어 블록(4273)과 연결되는 메인 와이어(311)는 로드 캡(4279)을 관통한다.

로드 와이어 블록(4273)과 로드 캡(4279)의 사이에는 로드 탄성부(4275)가 배치되는데, 로드 탄성부(4275)는 양자 간에 탄성 지지력을 제공한다. 로드 탄성부(4275)에 의하여 핑거부(200)에서의 파지에 의한 반력이 없는 경우 그립 구동 모터에 의한 그립 상태 지속 회동시 그립 구동 무빙 블록과 연결되는 로드 캡과 로드 와이어 블록은 함께 이동하나, 파지에 의한 반력 형성시, 로드 와이어 블록은 위치 고정되나 로드 탄성부(4275)의 탄성 변위 발생에 의하여 로드 캡의 위치 변화가 이루어지고 변위에 따른 핑거부에서의 그립 하중이 각 핑거부에 대하여 사전 설정된 비율로 변화하게 된다.

경우에 따라 로드 탄성부(4275)는 가변 하중 구조를 취할 수 있는데, 로드 탄성부(4275)는 탄성 가이드(4277)과 로드 탄성체(4276,4278)을 구비할 수 있다.

탄성 가이드(4277)는 로드 와이어 블록(4273)과 로드 캡(4279) 사이에 배치되어 로드 하우징(4271)의 길이 방향을 따라 가동 가능하게 중공 내부에 배치되고, 로드 탄성체(4276,4278)은 탄성 가이드(4277)를 사이에 두고 로드 와이어 블록(4273)과 로드 캡(4279)과의 사이에 배치된다.

로드 탄성체(4276,4278)는 어퍼 탄성체(4276)와 로워 탄성체(4278)를 구비하는데, 어퍼 탄성체(4276) 로드 캡과 탄성 가이드 사이에 배치되고, 로워 탄성체(4278)는 로드 와이어 블록과 탄성 가이드 사이에 배치된다. 이때, 어퍼 탄성체와 로워 탄성체는 서로 상이한 탄성 계수를 구비하여 가변적 하중 조정 구조를 형성할 수 있다.

한편, 본 발명의 핸드 유닛(10)의 구동부(400)는 그립 구동부(420)와 더불어 소정의 리스트 동작을 구현하는 리스트 구동부(430)를 더 구비할 수도 있다. 즉, 리스트 구동부(430)는 리스트 바디(120)를 아암 바디(130)에 대하여 상대 회동시키는데, 리스트 구동부(430)는 리스트 구동 모터(431)와 리스트 구동 기어(433)와 리스트 피동 기어(435)를 포함한다. 리스트 구동 모터(431)는 리스트 바디(120) 측에 배치되고 리스트 바디(120)를 가동시키는 구동력을 생성하고, 리스트 구동 기어(433)는 리스트 구동 모터(431)의 회전축에 연결되고, 리스트 피동 기어(435)는 아암 바디(130) 측에 배치되어 리스트 구동 기어(433)와 치합된다. 즉, 리스트 구동 모터의 회동에 의하여 리스트 구동 기어 및 리스트 피동 기어 간의 상대 회동이 발생하고, 이에 따라 각각 배치되는 리스트 바디와 아암 바디 간에 상대 회동이 발생함으로써 소정의 팜 바디 및 리스트 바디의 아암 바디 측에 대한 상대 회동 동작을 구현할 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 핸드 유닛의 관절에서의 모빌 구조를 통한 비정형 물체에 대한 사전 설정 균일 하중으로 파지 구조를 이루는 범위에서 다양한 변화를 도출하는 다양한 구성이 가능하다.

10...핸드 유닛 100...핸드 바디
200...핑거부 300...트랜스퍼부
400...구동부

Claims (14)

1. 팜 바디를 포함하는 핸드 바디와,
   가동 가능하게 일단이 상기 팜 바디에 장착되고 복수 개의 조인트로 연결되는 복수 개의 패랭크스를 구비하는 세 개 이상의 핑거부와,
   상기 핑거부의 구동을 위한 구동력을 생성하는 구동부와,
   상기 구동부에서 생성된 구동력을 상기 핑거부에 전달하여 상기 핑거부의 파지 동작을 실행하도록 하는 트랜스퍼부를 구비하고,
   상기 트랜스퍼부는:
   일단이 상기 핑거부의 선단의 패랭크스에 연결되는 복수 개의 패랭크스 와이어를 포함하는 서브 와이어와, 일단이 상기 구동부 측에 연결되는 메인 와이어를 포함하는 트랜스퍼 와이어;
   상기 메인 와이어의 타단 및 상기 서브 와이어의 타단 중의 적어도 세 개가 사전 설정된 거리 간격을 두고 연결 가능하고 회동 가능한 하나 이상의 트랜스퍼 플레이트;를 구비하고,
   상기 핑거부가 비정형 대상체의 동시 파지가 가능하고, 상기 핑거부 간의 사전 설정된 힘의 비율로 파지 가능한 것을 특징으로 하는 핸드 유닛.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 서브 와이어는:
   양단이 서로 이격 배치되는 트랜스퍼 플레이트 사이에 각각 연결되는 미디엄 와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 핸드 유닛.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 핑거부는 엄지 기능을 실행하는 썸 핑거부와,
   상기 썸 핑거부와 사전 설정 각도로 배치되는 네 개의 서브 핑거부를 구비하는 것을 특징으로 하는 핸드 유닛.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 패랭크스 와이어는 상기 썸 핑거부와 연결되는 썸 패랭크스 와이어와,
   상기 네 개의 서브 핑거부와 연결되는 서브 패랭크스 와이어를 구비하는 것을 특징으로 하는 핸드 유닛.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 트랜스퍼 플레이트는:
   상기 서브 패랭크스 와이어와 연결되는 패랭크스 플레이트와,
   상기 메인 와이어와 연결되는 메인 플레이트와,
   상기 미디엄 와이어와 연결되는 미디엄 플레이트를 구비하는 것을 특징으로 하는 핸드 유닛.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 네 개의 서브 패랭크스 와이어는 인접한 두 개의 서브 패랭크스 와이어가 각각의 패랭크스 플레이트의 일측에, 그리고 상기 미디엄 와이어가 각각의 상기 패랭크스 플레이트의 타측에 사전 설정 위치에 단수 연결되는 것을 특징으로 하는 핸드 유닛.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 미디엄 플레이트에는 일측에 다른 두 개의 미디엄 와이어가, 타측에는 단수 개의 미디엄 와이어가 사전 설정 거리로 연결되는 것을 특징으로 하는 핸드 유닛.
8. 제 7항에 있어서,
   상기 메인 플레이트의 일측에는 썸 패랭크스 와이어와 상기 미디엄 와이어 중의 하나가, 그리고 타측에는 상기 메인 와이어가 사전 설정 거리를 두고 연결되는 것을 특징으로 하는 핸드 유닛.
9. 제 1항에 있어서,
   상기 구동부는 상기 핑거부를 구동시켜 대상체를 파지하기 위한 그립 구동부를 구비하고,
   상기 그립 구동부는:
   상기 핑거부를 구동시키는 구동력을 생성하는 그립 구동 모터와,
   상기 구동 모터의 회전축에 연결되어 회동하고 외주에 그립 구동 샤프트 스크류가 구비되는 그립 구동 샤프트와,
   상기 그립 구동 샤프트가 관통 배치되어 상기 그립 구동 샤프트 스크류에 치합되는 무빙 블록 스크류를 구비하고 상기 그립 구동 샤프트의 길이 방향을 따라 가동 가능한 그립 구동 무빙 블록과,
   상기 메인 와이어의 일단과 연결되고 적어도 일부가 상기 그립 구동 무빙 블록과 함께 직선 가동 가능한 그립 구동 로드부를 구비하는 것을 특징으로 하는 핸드 유닛.
10. 제 9항에 있어서,
    상기 핸드 바디는 상기 팜 바디와 연결되는 리스트 바디를 구비하고,
    상기 그립 구동 로드부는:
    적어도 일단이 상기 리스트 바디 측에 위치 고정되어 장착되는 로드 하우징과,
    상기 로드 하우징에 상기 로드 하우징의 길이 방향을 따라 가동 가능하게 장착되고 상기 메인 와이어의 일단과 연결되는 로드 와이어 블록과,
    상기 메인 와이어가 관통하고, 상기 로드 하우징에 사전 설정 범위에서 가동 가능하게 배치되고, 상기 그립 구동 무빙 블록과 연결되어 함께 직선 가동 가능한 로드 캡과,
    상기 로드 와이어 블록과 상기 로드 캡 사이에 배치되어 양자 간에 탄성 지지지력을 제공하는 로드 탄성부를 구비하는 것을 특징으로 하는 핸드 유닛.
11. 제 10항에 있어서,
    상기 로드 탄성부는;
    상기 로드 와이어 블록과 상기 로드 캡 사이에 배치되어 상기 로드 하우징의 길이 방향을 따라 가동 가능하게 배치되는 탄성 가이드와,
    상기 탄성 가이드를 사이에 두고 상기 로드 와이어 블록과 상기 로드 캡과의 사이에 배치되는 로드 탄성체를 구비하는 것을 특징으로 하는 핸드 유닛.
12. 제 11항에 있어서,
    상기 로드 탄성체는:
    상기 로드 캡과 상기 탄성 가이드 사이에 배치되는 어퍼 탄성체와,
    상기 로드 와이어 블록과 상기 탄성 가이드 사이에 배치되는 로워 탄성체를 구비하고,
    상기 어퍼 탄성체와 상기 로워 탄성체는 서로 상이한 탄성 계수를 구비하는 것을 특징으로 하는 핸드 유닛.
13. 제 10항에 있어서,
    상기 핸드 바디는 상기 리스트 바디와 이격 배치되는 아암 바디를 구비하고,
    상기 구동부는 상기 리스트 바디를 상기 아암 바디에 대하여 상대 회동시키는 리스트 구동부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 핸드 유닛.
14. 제 13항에 있어서,
    상기 리스트 구동부는:
    상기 리스트 바디 측에 배치되고 리스트 바디를 가동시키는 구동력을 생성하는 리스트 구동 모터와,
    상기 리트스 구동 모터에 연결되는 리스트 구동 기어와,
    상기 아암 바디 측에 배치되고 상기 리스트 구동 기어와 치합되는 리스트 피동 기어를 구비하는 것을 특징으로 하는 핸드 유닛.
    
    

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