KR101665544B1 - 다지 핸드의 제어장치 및 그 파지방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복수의 실제 손가락 끝의 위치를 이용하여 복수의 가상 손가락 끝의 위치를 계산하고, 복수의 가상 손가락 끝의 위치를 근거로 하여 복수의 가상 손가락 끝의 위치들 간의 중심 위치를 가상 물체의 중심 위치로 판단하고, 복수의 가상 손가락 끝의 운동이, 가상 물체의 중심 위치와 복수의 가상 손가락 끝의 위치들 사이의 벡터들의 크기를 일정하게 유지한 채 이루어지도록 복수의 가상 손가락 끝에 대응하는 각 실제 손가락들의 관절 토크를 제어함으로써 4~5개의 손가락을 2~3개의 손가락처럼 보다 쉽고 간단하게 제어할 수 있으며, 다양한 파지 방법을 구현할 수 있는 다지 핸드의 제어장치 및 그 파지방법을 개시한다.

Description

다지 핸드의 제어장치 및 그 파지방법{CONTROL DEVICE FOR MULTI-FINGER HAND AND GRASPING METHOD WITH THE SAME}
본 발명은 다지 핸드의 제어장치 및 그 파지방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 물체를 파지하는 다지 다관절 핸드를 갖는 로봇의 다지 핸드의 제어장치 및 그 파지방법에 관한 것이다.
인간과 같이 섬세한 작업을 할 수 있는 로봇 손가락에 대한 기존의 많은 연구가 있었다. 로봇의 손가락 끝(fingertip)을 원하는 지점에 위치시키거나 손가락 끝에서 작용하는 힘을 원하는 만큼 제어하는 것에 관해 많은 연구가 있었다. 또한 일정한 형태의 물체를 안정적으로 잡기 위한 다지 핸드에 관한 연구도 많이 진행 중이다.
로봇 손가락의 물체에 대한 파지에 관한 연구는 많이 진행된 상태이다. 많은 로봇 손가락의 파지에 관한 연구는 물체를 어떻게 원하는 형태로 안정적으로 파지할 수 있는가, 즉 파지할 때 물체가 기울어지지 않고 원만히 파지를 할 수 있는 형태로 로봇 손가락을 물체에 접근시키는 방법 등에 많은 관심이 있어 왔다.
로봇의 다지 핸드로 물체를 파지하는 경우, 파지 상태를 고려하고 손가락 끝 의 궤도를 계산하고 전반적인 제어를 수행하는 제어장치에 각각의 손가락 끝의 궤도 지령을 입력한다.
다지 핸드의 각 손가락 끝의 위치를 지령으로서 제어장치에 입력하고 나면, 물체를 파지하기 위한 위치 지령을 각각의 손가락 관절에 관하여 계산하고 나서 입력하지 않으면 안 된다. 또한, 손가락의 개수가 많아지면, 입력할 손가락 끝의 위치 지령의 수가 많아진다. 또한, 다지 핸드를 동작시키고 나면, 동작을 지정하는 변수가 많기 때문에 조작하기 어렵다. 예를 들면, 3개의 관절을 가진 4개의 손가락을 구비한 다지 핸드의 경우, 단순한 관절각을 제어한다 하더라도 12개의 관절 변수를 지정하지 않으면 안 된다. 또한, 물체를 잡거나 잡았던 물체를 이동시키거나 회전시키려는 경우 여러 개의 손가락을 각각의 상대적인 동작을 고려하면서 동시에 동작시킬 필요가 있기 때문에 직관적인 동작을 지령하는 것이 곤란하다.
따라서, 최근에는 다지 핸드에 다지 핸드의 각 손가락 끝과 가상 스프링으로 연결된 가상 물체(virtual object)가 있다고 가정한다. 이때, 가상 물체는 가상의 희망 물체(virtual desired object)와 가상의 공간 스프링(virtual spatial spring)으로 연결되어 있다고 가정한다. 가상 물체에 접촉하는 다지 핸드의 각 손가락 끝의 좌표를 정의하고, 각 손가락 끝의 좌표들 간의 중심 위치를 기준으로 각 손가락 끝들이 그 중심 위치를 향하여 운동하도록 함으로써 물체의 파지력 제어와 조작을 구현하고 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 각 손가락 끝의 좌표들 간의 중심 위치를 기준으로 각 손가락 끝들이 그 중심 위치를 향해서만 운동하기 때문에 손가락과 손바닥으로 원통형의 물체를 감싸 쥐거나 손가락을 펴서 쟁반같은 널빤지형의 물체를 받쳐서 잡는 등의 다양한 파지 방법을 구현하는 데에는 한계가 있다.
본 발명의 일측면은, 가상 손가락(Virtual finger)의 개념을 도입하여 다양한 모양의 물체를 비교적 쉽고 간단한 방식으로 파지할 수 있는 다지 핸드의 제어장치 및 그 파지방법을 제공한다.
이를 위해 본 발명의 실시예에 따른 다지 핸드의 파지방법은 복수의 실제 손가락 끝의 위치를 계산하고; 계산된 복수의 실제 손가락 끝의 위치를 이용하여 복수의 가상 손가락 끝의 위치를 계산하고; 계산된 복수의 가상 손가락 끝의 위치를 근거로 하여 복수의 가상 손가락 끝의 위치들 간의 중심 위치를 가상 물체의 중심 위치로 판단하고; 복수의 가상 손가락 끝의 운동이, 가상 물체의 중심 위치와 복수의 가상 손가락 끝의 위치들 사이의 벡터들의 크기를 일정하게 유지한 채 이루어지도록 복수의 가상 손가락 끝에 대응하는 각 실제 손가락들의 관절 토크를 제어한다.
또한, 복수의 실제 손가락 끝의 위치를 계산하는 단계에서, 복수의 실제 손가락 끝은 엄지, 검지, 중지, 약지, 소지, 손바닥 중 적어도 2개를 포함한다.
또한, 복수의 가상 손가락 끝의 위치들 간의 중심 위치를 가상 물체의 중심 위치로 판단하는 단계에서, 복수의 가상 손가락 끝의 위치 중 적어도 하나를 복수의 실제 손가락 끝의 위치 중 적어도 2개의 실제 손가락 끝의 위치 간의 중심 위치로 결정한다.
또한, 복수의 가상 손가락 끝의 위치들 간의 중심 위치를 가상 물체의 중심 위치로 판단하는 단계에서, 복수의 가상 손가락 끝의 위치 중 적어도 하나를 상기 복수의 실제 손가락 끝의 위치 중 어느 하나의 위치와 동일한 위치로 결정한다.
삭제
또한, 각 실제 손가락들의 관절 토크를 제어하는 단계는 복수의 가상 손가락 끝의 위치 중 적어도 2개의 실제 손가락 끝의 위치에 의해 결정되는 제1 가상 손가락 끝에 대해서는 제1 가상 손가락 끝의 운동이, 제1 가상 손가락 끝의 위치와 제1 가상 손가락 끝의 위치를 결정하는데 사용된 실제 손가락 끝의 위치들 사이의 벡터들의 크기를 일정하게 유지한 채로 이루어지도록 관절 토크를 제어한다.
본 발명의 실시예에 따른 다지 핸드의 제어장치는 복수의 실제 손가락 끝의 위치를 계산하고, 계산된 복수의 실제 손가락 끝의 위치를 이용하여 복수의 가상 손가락 끝의 위치를 계산하고, 계산된 복수의 가상 손가락 끝의 위치를 근거로 하여 복수의 가상 손가락 끝의 위치들 간의 중심 위치를 가상 물체의 중심 위치로 판단하고, 복수의 가상 손가락 끝의 운동이, 가상 물체의 중심 위치와 복수의 가상 손가락 끝의 위치들 사이의 벡터들의 크기를 일정하게 유지한 채 이루어지도록 복수의 가상 손가락 끝에 대응하는 각 실제 손가락들의 관절 토크를 제어하는 파지 제어부; 및 파지 제어부에 의해 복수의 가상 손가락 끝에 대응하는 각 실제 손가락들의 관절 토크를 조절하는 파지 실행부를 포함한다.
또한, 복수의 실제 손가락 끝은 엄지, 검지, 중지, 약지, 소지, 손바닥 중 적어도 2개를 포함한다.
또한, 파지 제어부는 복수의 가상 손가락 끝의 위치 중 적어도 하나를 복수의 실제 손가락 끝의 위치 중 적어도 2개의 실제 손가락 끝의 위치 간의 중심 위치로 결정한다.
또한, 파지 제어부는 복수의 가상 손가락 끝의 위치 중 적어도 하나를 상기 복수의 실제 손가락 끝의 위치 중 어느 하나의 위치와 동일한 위치로 결정한다.
삭제
또한, 파지 제어부는 복수의 가상 손가락 끝의 위치 중 적어도 2개의 실제 손가락 끝의 위치에 의해 결정되는 제1 가상 손가락 끝에 대해서는 제1 가상 손가락 끝의 운동이, 제1 가상 손가락 끝의 위치와 제1 가상 손가락 끝의 위치를 결정하는데 사용된 실제 손가락 끝의 위치들 사이의 벡터들의 크기를 일정하게 유지한 채로 이루어지도록 관절 토크를 제어한다.
본 발명의 실시예에 따른 다지 핸드의 파지방법은 복수의 실제 손가락 끝의 위치를 계산하고; 계산된 복수의 실제 손가락 끝의 위치를 이용하여 복수의 가상 손가락 끝의 위치를 계산하고; 계산된 복수의 가상 손가락 끝의 위치를 근거로 하여 복수의 가상 손가락 끝의 위치들 간의 중심 위치를 가상 물체의 중심 위치로 판단하고; 가상 물체의 중심 위치의 운동이, 가상 물체의 중심 위치와 가상 물체의 목표 중심 위치가 가상의 공간 스프링으로 연결된 것처럼 이루어지고, 복수의 가상 손가락 끝의 운동이, 가상 물체의 중심 위치를 기준으로 복수의 가상 손가락 끝이 가상의 공간 스프링으로 연결된 것처럼 이루어지고, 복수의 실제 손가락 끝의 운동이, 복수의 가상 손가락 끝과 그에 대응하는 각 실제 손가락 끝이 가상의 공간 스프링으로 연결된 것처럼 이루어지도록 각 실제 손가락들의 관절 토크를 제어한다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예에 따르면, 가상 손가락의 개념을 도입함으로써 4~5개의 손가락을 2~3개의 손가락처럼 보다 쉽고 간단하게 제어할 수 있으며, 다양한 파지 방법을 구현할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 다지 핸드의 제어장치에 적용되는 다지 핸드는 사람 손과 마찬가지로 4개의 손가락 기구(1a~1d)를 수상부(2)로부터 뻗어 설치한 구성으로 되어 있다. 각 손가락 기구(1a~1d)는 각각 사람 손의 엄지, 검지, 중지, 약지에 상당하는 것이다.
수상부(2)는, 손바닥 형성 부재(3) 및 손등 형성 부재(4)를 조립하여 구성되고, 이들 손바닥 형성 부재(3) 및 손등 형성 부재(4) 사이의 공간은, 손가락 기 구(1a~1d)를 동작시키기 위한 구동 기구의 수용부로 되어 있다. 수상부(2)의 일측은 로봇의 팔(5)에 연결되어 있다.
손가락 기구(1a~1d)의 각각은 3개의 마디 사이 부재(6~8)와 4개의 관절(9~12)을 구비한다.
손가락 기구(1a~1d)의 관절(9~12) 중 손바닥과 연결된 관절(9)은 회전 가능하도록 설치된다. 이 관절(9)의 회전 동작에 의해 손가락 기구(1a~1d)의 좌우 벌림이 가능하다.
또한, 손가락 기구(1a~1d)의 각 관절(10~12)은, 서로 같은 방향으로 회전하도록 마련되어 있다. 마디 사이 부재(6~8)는, 관절(10~12)의 축심 둘레로 회전 가능하게 되어 있다. 따라서, 손가락 기구(1a~1d)는, 각 관절(10~12)에서의 마디 사이 부재(6~8)의 회전 동작에 의해 굽힘이 가능하게 되어 있다.
손가락 기구(1a~1d)는 각각, 그 마디 사이 부재(6)가 스프링에 의해 신장 상태로 가압되는 동시에, 와이어나 풀리, 전동 모터 등을 사용하여 구성된 구동 기구에 의해, 스프링의 가압력에 저항하여 마디 사이 부재(6)에 회전 구동력을 부여함으로써, 각 손가락 기구(1a~1d)의 굽힘 동작이 행해진다.
각 손가락 기구(1a~1d)의 각 마디 사이 부재(6~8)에는, 각각의 외주 면을 덮는 완충 부재(13~15)가 각각 장착되어 있다.
손가락 기구(1a~1d)에는, 각각 완충 부재(13~15)를 포함하여 각 손가락 기구(1a~1d)의 표면을 덮도록 손가락용 탄성 커버 부재(16a~16d)가 삽입 이탈 가능하게 마련되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 전술한 구성을 갖는 다지 핸드를 제어하는 다지 핸드 제어장치는 전반적인 다지 핸드의 파지를 제어하는 제어장치(30)와, 이 제어장치(30)에 의해 물체를 파지하는 다지 핸드(40)를 구비한다.
제어장치(30)는 파지 제어부(31), 파지 실행부(32) 및 저장부(33)를 구비한다.
파지 제어부(31)는 다지 핸드(40) 내에 놓여지는 물체를 파지하는 계획을 수립하고, 수립된 계획에 따른 제어신호를 파지 실행부(32)에 전달한다. 파지 제어부(31)는 각 실제 손가락 끝의 위치를 각 관절값 등을 이용하여 계산하고, 계산된 각 실제 손가락 끝의 위치를 이용하여 가상 손가락 끝의 위치를 설정한다. 그리고, 가상 손가락 끝의 위치들 간의 중심 위치를 판단하고, 가상 손가락 끝들의 운동이, 가상 손가락 끝의 위치들 간의 중심 위치와 가상 손가락 끝의 위치들 사이의 벡터들의 크기를 일정하게 유지한 채 이루어지도록 파지 실행부(32)를 통해 가상 손가락 끝에 대응하는 각 실제 손가락들의 관절 토크를 제어한다.
파지 실행부(32)는 파지 제어부(31)로부터 전달받은 제어신호에 의해 다지 핸드(40)의 각 실제 손가락의 관절 토크를 제어한다.
저장부(33)는 가상 손가락이 적용된 여러 가지의 파지 형태가 저장되어 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 다지 핸드(40) 내에는 가상 물체(50)가 있다고 가정한다. 이 가상 물체(50)는 물체에 접촉한 각 손가락 끝의 위치(P1, P2, P3)에서 가상 스프링(K1, K2, K3)으로 연결되어 있다. 이 가상 물체(50) 내에는 각 손가락 끝의 위치들(P1, P2, P3) 간의 중심 위치인 M0가 위치한다. 각각의 가상 스프링(K1, K2, K3)은 각 손가락 끝의 위치(P1, P2, P3)와 가상 물체(50) 내에 위치한 중심 위치(M0)사이에 마련된 것으로 가정한다. 따라서, 가상 물체(50)를 파지하는 경우, 가상 물체(50) 내의 중심위치 M0를 기준으로 각 손가락 끝의 위치(P1,P2,P3)가 M0에 접근하는 방향으로 파지 동작이 이루어져 가상 물체(50)에 대한 파지력이 작용한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 각 손가락 끝의 위치들(P1, P2, P3) 간의 중심 위치(M0)는 작업 공간에 위치하며, 병진 운동 가능하다. 이때, 각 손가락 끝들은 각 손가락 끝의 위치들 간의 중심 위치(M0)를 기준으로 그 중심 위치(M0)를 향하여 운동(혹은 파지 동작)하게 되면서 가상 물체(50)가 다지 핸드(40)에 의해 파지되게 된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 다지 핸드 제어장치에서 두 개의 실제 손가락 끝을 한 개의 가상 손가락 끝으로 전환한 것을 나타내고 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 가상 물체(50)에 접촉하는 다지 핸드(40)의 각 실제 손가락 끝의 위치를 각각 P1, P2, P3라고 하면, 먼저, P1과 P2의 중심 위치(P12)를 구한다. 그리고, 이 중심 위치(P12)를 갖는 제1 가상 손가락 끝(VF1)를 설정하고, 기존 실제 손가락 끝의 위치(P3)를 갖는 제2 가상 손가락 끝(VF2)를 설정한다. 이때, 제1 가상 손가락 끝(VF1)은 2개의 실제 손가락 끝과 2:1 대응한 것이고, 제2 가상 손가락 끝(VF2)는 1개의 실제 손가락 끝과 1:1 대응한 것이다. 그런 후 제1 가상 손가락 끝(VF1)의 위치(P12)와 제2 가상 손가락 끝(VF2)의 위치(P3) 간의 중심 위치(M0')를 구한다.
제1 가상 손가락 끝(VF1)과 제2 가상 손가락 끝(VF2)은 중심 위치(MO')를 기준으로 그 중심 위치(M0')를 향하여 운동하게 되면서 가상 물체(50)를 파지한다. 제1 가상 손가락 끝(VF1) 및 제2 가상 손가락 끝(VF2)의 위치들이 중심 위치(M0')를 기준으로 그 중심 위치(M0')를 향하여 운동하는 경우, 제1 가상 손가락 끝(VF1) 및 제2 가상 손가락 끝(VF2)은 각각의 벡터 V12 및 V3'의 크기를 일정하게 유지한 채로 운동한다.
상기한 일시예에서는 제1 가상 손가락 끝(VF1)의 위치(P12)를 위치 P1과 P2의 중심 위치인 경우에 대해서 설명하고 있지만, 이에 한정되지 않으며, P1 혹은 P2 측으로 치우친 임의의 위치도 가능하다.
도 6은 도 5의 다른 실시예로서 두 개의 실제 손가락 끝의 위치(P2, P3)를 한 개의 가상 손가락 끝의 위치(P23)로 전환한 것을 나타내고 있다. 가상 손가락을 설정하는 방식은 위에서 설명한 방식과 동일하다.
본 발명의 실시예에서는 가상 손가락의 개념을 도입하여 보다 직관적인 파지 전략을 제안하고 있다. 가상 손가락 개념을 도입함으로써 4개 내지 5개의 손가락을 2개 내지 3개의 손가락처럼 간단하게 제어할 수 있으며, 가상 물체만으로 제어하는 것보다 다양한 파지방법을 구현할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 다양한 파지 방법을 구현하기 위하여 일상 환경의 물체들을 파지하기 위한 6가지 파지 자세를 제안하고 있다. 각각의 파지 자세는 가상 손가락과 관련이 있다. 이때, 다지 핸드의 파지 제어를 보다 효과적으로 하기 위하여 각 자세 제어는 미리 정의된 다지 핸드의 예비 자세를 취한다.
도 7에서는 4개의 손가락을 가진 다지 핸드에서 물체를 파지하는 파지 자세를 설명하고 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 파지 자세는 엄지 외에 1개의 손가락으로 물체를 파지한다. 즉, 엄지와 검지, 엄지와 중지 혹은 엄지와 약지를 가상 손가락으로 1:1 대응 전환한다. 예를 들면, 펜 등을 잡을 때 사용된다.
제2 파지 자세는 엄지 외에 2개의 손가락으로 물체를 파지한다. 이때, 엄지를 제1 가상 손가락(VF1)으로, 2개의 손가락을 1개의 제2 가상 손가락(VF2)으로 전환한다. 예를 들면, 휴대폰 등을 잡을 때 사용된다.
제3 파지 자세는 엄지 외에 3개의 손가락으로 물체를 파지한다. 이때, 도 8에 도시된 바와 같이, 엄지를 제1 가상 손가락(VF1)으로, 3개의 손가락을 1개의 제2 가상 손가락(VF2)으로 전환한다. 예를 들면, 접시나 책 등을 잡을 때 사용된다.
제4 파지 자세는 손바닥 및 엄지 외에 3개의 손가락으로 물체를 파지한다. 이때, 도 9에 도시된 바와 같이, 손바닥을 제1 가상 손가락(VF1)으로, 엄지를 제3 가상 손가락(VF3)으로, 3개의 손가락을 1개의 제2 가상 손가락(VF2)으로 전환한다. 예를 들면, 공 등을 잡을 때 사용된다.
제5 파지 자세는 손바닥 및 엄지 외에 3개의 손가락으로 물체를 파지한다. 이때, 손바닥을 제1 가상 손가락(VF1)으로, 엄지를 제3 가상 손가락(VF3)으로, 3개의 손가락 중 특정한 손가락을 제2 가상 손가락(VF2)으로 전환한다. 예를 들면, 캔이나 유리병 등을 잡을 때 사용된다.
제6 파지 자세는 손바닥 외에 3개의 손가락(엄지 제외)으로 물체를 파지한다. 이때, 손바닥을 제1 가상 손가락(VF1)으로, 3개의 손가락 중 특정한 손가락을 제2 가상 손가락(VF2)으로 전환한다. 예를 들면, 빗자루 등을 잡을 때 사용된다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 다지 핸드 제어장치의 제어 흐름도를 나타내고 있다. 도 10을 살펴보면, 먼저, 제어장치(30)는 물체에 접촉한 각 실제 손가락 끝의 위치를 계산한다(100). 각 실제 손가락에 장착된 엔코더를 이용하여 각 실제 손가락 끝의 위치를 계산한다.
각 실제 손가락 끝의 위치를 계산한 후 제어장치(30)는 계산된 각 실제 손가락 끝의 위치를 이용하여 다수의 가상 손가락 끝의 위치를 계산한다(110). 각 실제 손가락 끝은 사람 손으로 보면, 엄지, 검지, 중지, 약지, 소지, 그리고, 손바닥을 포함한다. 이 중 적어도 2개의 실제 손가락 끝을 1개의 가상 손가락으로 결정한다. 예를 들면, 엄지, 검지, 중지 및 약지에 의해 파지하는 물체인 경우, 엄지를 엄지와 일대일 대응하는 제1 가상 손가락으로, 나머지 3개의 손가락(검지, 중지 및 약지)을 3개의 손가락과 삼대일 대응하는 제2 가상 손가락으로 결정한다.
가상 손가락 끝들의 위치를 계산한 후 제어장치(30)는 가상 손가락 끝들 간의 상대적인 위치 관계를 계산한다(120).
가상 손가락 끝들 간의 상대적인 위치 관계를 계산한 후 제어장치(30)는 가상 손가락 끝의 위치들 간의 중심 위치를 가상 물체(50)의 중심 위치로 판단한다(130).
가상 손가락 끝의 위치들의 중심 위치를 가상 물체(50)의 중심 위치로 판단한 후 제어장치(30)는 가상 손가락 끝들의 운동이 가상 물체(50)의 중심 위치를 기준으로 가상 손가락 끝들 간의 상대적인 위치 관계를 일정하게 유지한 채 이루어지도록 가상 손가락 끝들에 대응하는 각 실제 손가락들의 관절 토크를 제어한다(140).
즉, 복수의 실제 손가락 끝의 위치를 계산하고, 계산된 복수의 실제 손가락 끝의 위치를 이용하여 복수의 가상 손가락 끝의 위치를 계산한다. 계산된 복수의 가상 손가락 끝의 위치를 근거로 하여 복수의 가상 손가락 끝의 위치들 간의 중심 위치를 가상 물체(50)의 중심 위치로 판단한다. 그리고, 가상 물체(50)의 중심 위치의 운동이 가상 물체(50)의 중심 위치와 가상 물체(50)의 목표 중심 위치와 가상의 공간 스프링으로 연결된 것처럼 이루어지고, 복수의 가상 손가락 끝의 운동이 가상 물체의 중심위치를 기준으로 복수의 가상 손가락 끝이 가상의 공간 스프링으로 연결된 것처럼 이루어지고, 복수의 실제 손가락 끝의 운동이 복수의 가상 손가락 끝과 그에 대응하는 각 실제 손가락 끝이 가상의 공간 스프링으로 연결된 것처럼 이루어지도록 각 실제 손가락들의 관절 토크를 제어한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다지 핸드 제어장치에 적용되는 다지 핸드를 손바닥 측에서 본 평면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다지 핸드 제어장치의 제어블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다지 핸드 제어장치에서 물체에 접촉된 각 손가락 끝의 위치 및 이 손가락 끝들 간의 중심위치를 보인 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다지 핸드 제어장치에서 물체에 접촉된 각 손가락 끝의 위치 및 벡터의 관계를 보인 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 다지 핸드 제어장치에서 두 개의 실제 손가락 끝을 한 개의 가상 손가락으로 전환한 것을 보인 도면이다.
도 6은 도 5의 다른 실시예를 보인 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 다지 핸드 제어장치에서 가상 손가락이 적용된 여러 가지의 파지 자세를 보인 도면이다.
도 8은 도 7에서 제3 파지자세를 보인 도면이다.
도 9는 도 7에서 제4 파지자세를 보인 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 다지 핸드 제어장치의 제어방법에 대한 제어 흐름도이다.
*도면의 주요 기능에 대한 부호의 설명*
30 : 제어장치 31 : 파지제어부
32 : 파지실행부 33 : 저장부
40 : 다지 핸드

Claims (13)

  1. 복수의 실제 손가락 끝의 위치를 계산하고;
    상기 계산된 복수의 실제 손가락 끝의 위치를 이용하여 복수의 가상 손가락 끝의 위치를 계산하고;
    상기 계산된 복수의 가상 손가락 끝의 위치를 근거로 하여 상기 복수의 가상 손가락 끝의 위치들 간의 중심 위치를 가상 물체의 중심 위치로 판단하고;
    상기 복수의 가상 손가락 끝의 운동이, 상기 가상 물체의 중심 위치와 상기 복수의 가상 손가락 끝의 위치들 사이의 벡터들의 크기를 일정하게 유지한 채 이루어지도록 상기 복수의 가상 손가락 끝에 대응하는 각 실제 손가락들의 관절 토크를 제어하는 다지 핸드의 파지방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 실제 손가락 끝의 위치를 계산하는 단계에서, 상기 복수의 실제 손가락 끝은 엄지, 검지, 중지, 약지, 소지, 손바닥 중 적어도 2개를 포함하는 다지 핸드의 파지방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 가상 손가락 끝의 위치들 간의 중심 위치를 상기 가상 물체의 중심 위치로 판단하는 단계에서, 상기 복수의 가상 손가락 끝의 위치 중 적어도 하나를 상기 복수의 실제 손가락 끝의 위치 중 적어도 2개의 실제 손가락 끝의 위치 간의 중심 위치로 결정하는 다지 핸드의 파지방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 가상 손가락 끝의 위치들 간의 중심 위치를 상기 가상 물체의 중심 위치로 판단하는 단계에서, 상기 복수의 가상 손가락 끝의 위치 중 적어도 하나를 상기 복수의 실제 손가락 끝의 위치 중 어느 하나의 위치와 동일한 위치로 결정하는 다지 핸드의 파지방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 각 실제 손가락들의 관절 토크를 제어하는 단계는 상기 복수의 가상 손가락 끝의 위치 중 적어도 2개의 실제 손가락 끝의 위치에 의해 결정되는 제1 가상 손가락 끝에 대해서는 상기 제1 가상 손가락 끝의 운동이, 상기 제1 가상 손가락 끝의 위치와 상기 제1 가상 손가락 끝의 위치를 결정하는데 사용된 실제 손가락 끝의 위치들 사이의 벡터들의 크기를 일정하게 유지한 채로 이루어지도록 상기 관절 토크를 제어하는 다지 핸드의 파지방법.
  7. 복수의 실제 손가락 끝의 위치를 계산하고, 상기 계산된 복수의 실제 손가락 끝의 위치를 이용하여 복수의 가상 손가락 끝의 위치를 계산하고, 상기 계산된 복수의 가상 손가락 끝의 위치를 근거로 하여 상기 복수의 가상 손가락 끝의 위치들 간의 중심 위치를 가상 물체의 중심 위치로 판단하고, 상기 복수의 가상 손가락 끝의 운동이, 상기 가상 물체의 중심 위치와 상기 복수의 가상 손가락 끝의 위치들 사이의 벡터들의 크기를 일정하게 유지한 채 이루어지도록 상기 복수의 가상 손가락 끝에 대응하는 각 실제 손가락들의 관절 토크를 제어하는 파지 제어부; 및
    상기 파지 제어부에 의해 상기 복수의 가상 손가락 끝에 대응하는 각 실제 손가락들의 관절 토크를 조절하는 파지 실행부를 포함하는 다지 핸드의 제어장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 실제 손가락 끝은 엄지, 검지, 중지, 약지, 소지, 손바닥 중 적어도 2개를 포함하는 다지 핸드의 제어장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 파지 제어부는 상기 복수의 가상 손가락 끝의 위치 중 적어도 하나를 상기 복수의 실제 손가락 끝의 위치 중 적어도 2개의 실제 손가락 끝의 위치 간의 중심 위치로 결정하는 다지 핸드의 제어장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 파지 제어부는 상기 복수의 가상 손가락 끝의 위치 중 적어도 하나를 상기 복수의 실제 손가락 끝의 위치 중 어느 하나의 위치와 동일한 위치로 결정하는 다지 핸드의 제어장치.
  11. 삭제
  12. 제7항에 있어서,
    상기 파지 제어부는 상기 복수의 가상 손가락 끝의 위치 중 적어도 2개의 실제 손가락 끝의 위치에 의해 결정되는 제1 가상 손가락 끝에 대해서는 상기 제1 가상 손가락 끝의 운동이, 상기 제1 가상 손가락 끝의 위치와 상기 제1 가상 손가락 끝의 위치를 결정하는데 사용된 실제 손가락 끝의 위치들 사이의 벡터들의 크기를 일정하게 유지한 채로 이루어지도록 상기 관절 토크를 제어하는 다지 핸드의 제어장치.
  13. 복수의 실제 손가락 끝의 위치를 계산하고;
    상기 계산된 복수의 실제 손가락 끝의 위치를 이용하여 복수의 가상 손가락 끝의 위치를 계산하고;
    상기 계산된 복수의 가상 손가락 끝의 위치를 근거로 하여 상기 복수의 가상 손가락 끝의 위치들 간의 중심 위치를 가상 물체의 중심 위치로 판단하고;
    상기 가상 물체의 중심 위치의 운동이, 상기 가상 물체의 중심 위치와 상기 가상 물체의 목표 중심 위치가 가상의 공간 스프링으로 연결된 것처럼 이루어지고, 상기 복수의 가상 손가락 끝의 운동이, 상기 가상 물체의 중심 위치를 기준으로 상기 복수의 가상 손가락 끝이 상기 가상의 공간 스프링으로 연결된 것처럼 이루어지고, 상기 복수의 실제 손가락 끝의 운동이, 상기 복수의 가상 손가락 끝과 그에 대응하는 각 실제 손가락 끝이 상기 가상의 공간 스프링으로 연결된 것처럼 이루어지도록 각 실제 손가락들의 관절 토크를 제어하는 다지 핸드의 파지방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05253876A (ja) * 1991-08-21 1993-10-05 Sanyo Electric Co Ltd マニピュレータ

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2838582B2 (ja) 1990-07-09 1998-12-16 トヨタ自動車株式会社 ロボットハンドの把持制御方法
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