KR101668386B1 - under-actuated robot finger device and method for controlling the same - Google Patents

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KR101668386B1 KR1020150017567A KR20150017567A KR101668386B1 KR 101668386 B1 KR101668386 B1 KR 101668386B1 KR 1020150017567 A KR1020150017567 A KR 1020150017567A KR 20150017567 A KR20150017567 A KR 20150017567A KR 101668386 B1 KR101668386 B1 KR 101668386B1
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하철근
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울산대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 불충분 구동형 로봇 핑거 장치는 물체와 직접 접촉하도록 된 로봇 핑거와; 상기 로봇 핑거를 제어하도록 된 로봇 핑거 제어부를 포함하는데, 상기 로봇 핑거는 복수의 지골을 포함하며, 상기 복수의 지골은 제1 관절 조인트에서 베이스에 회전 가능하게 연결된 제1 지골과, 제2 관절 조인트에서 제1 지골에 회전 가능하게 연결된 제2 지골과, 제3 관절 조인트에서 제2 지골에 회전 가능하게 연결된 제3 지골을 포함하고, 상기 로봇 핑거 제어부는 상기 복수의 지골 각각에서 상기 물체와의 접촉력을 산출한다.An insufficiently driven robot finger device according to an embodiment of the present invention includes a robot finger adapted to be in direct contact with an object; And a robot finger control unit configured to control the robot finger, wherein the robot finger includes a plurality of phalanxes, the plurality of phalanxes includes a first phalanx rotatably connected to the base at a first joint joint, A second phalanx rotatably connected to the first phalanx at a third joint joint and a third phalanx rotatably connected to the second phalanx at a third joint joint, wherein the robot finger control unit controls the contact force .

Description

불충분 구동형 로봇 핑거 장치 및 그 제어 방법{under-actuated robot finger device and method for controlling the same}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an insufficient drive robot finger device and a control method thereof,

본 발명은 로봇 핑거에 관한 것으로, 보다 상세하게는 각 접촉점에서의 접촉력을 산술적으로 계산하여 복잡한 센서 및 제어 시스템을 필요로 하지 않는 불충분 구동형 로봇 핑거 장치에 관한 것이다.
Field of the Invention [0002] The present invention relates to a robot finger, and more particularly, to an insufficiently driven robot finger device that does not require a complicated sensor and control system by arithmetically calculating the contact force at each contact point.

물체를 다루는 로봇 핑거 장치가 다양한 형태로 개발되어 다양한 분야에 활용되어 왔다. 균일한 접촉력을 제공하는 등방성 그리퍼(gripper)의 경우, 인간의 손가락과 유사한 그리핑 작동을 할 수 있는 장치를 제공하려면 일반적으로 십수개의 액추에이터와 센서가 필요하다. 이러한 유형의 로봇손으로 Utah/MIT Hand 등 다양한 것들이 개발되었다.Robot finger devices that handle objects have been developed in various forms and have been used in various fields. In the case of isotropic grippers that provide uniform contact force, generally ten or more actuators and sensors are required to provide a device capable of gripping operations similar to human fingers. Utah / MIT Hand has been developed with this type of robot hand.

한편, 로봇 핑거의 자유도보다 적은 액추에이터를 사용하는 불충분 구동형 로봇 핑거의 경우 각 관절마다 액추에이터를 설치하여 개별적인 제어를 하는 경우에 비해서 액추에이터 개수를 줄일 수 있어 여러 가지 장점을 제공한다. 이러한 불충분 구동형 로봇 핑거 장치의 경우에, 스프링이나 기구학적 제한 등을 이용하여, 장치가 다루는 물체의 형태에 스스로 적응할 수 있도록 설계하는 것이 중요하다.On the other hand, in the case of an insufficiently driven robot finger using an actuator smaller than the degree of freedom of the robot finger, the number of actuators can be reduced compared with the case where an actuator is provided for each joint, thereby providing various advantages. In the case of such an insufficiently powered robotic finger device, it is important to design the device so that it can adapt itself to the shape of the object it is handling, using springs or kinematic constraints.

하지만, 종래의 불충분 구동형 로봇 핑거의 경우 각 지골(phalange)에서의 접촉점에서의 접촉력을 효율적으로 산출하여 효과적으로 로봇 핑거를 제어하는 방법에 대한 제시는 없었다.However, in the case of the conventional insufficient drive type robot finger, there is no suggestion of a method of effectively controlling the robot finger by efficiently calculating the contact force at the contact point in each phalange.

(선행문헌)(Prior art)

특허등록 제10-1340294호Patent Registration No. 10-1340294

본 발명은 전술한 바와 같이 불충분 구동형 로봇 핑거에서 각 지골에서의 접촉점에서의 접촉력을 효율적으로 산출하여 이를 기초로 한 제어가 가능한 로봇 핑거 장치를 제공하고자 한다.
As described above, the present invention provides a robot finger device capable of efficiently calculating a contact force at a contact point in each phalanx of an insufficiently driven robot finger and controlling the robot finger device based on the contact force.

전술한 목적을 이루기 위해 본 발명의 실시예에 따른 불충분 구동형 로봇 핑거 장치는 물체와 직접 접촉하도록 된 로봇 핑거와; 상기 로봇 핑거를 제어하도록 된 로봇 핑거 제어부를 포함하는데, 로봇 핑거는 복수의 지골을 포함하며, According to an aspect of the present invention, there is provided an insufficiently driven robot finger device comprising: a robot finger adapted to be in direct contact with an object; And a robot finger control unit adapted to control the robot finger, wherein the robot finger includes a plurality of phalanxes,

상기 복수의 지골은 제1 관절 조인트에서 베이스에 회전 가능하게 연결된 제1 지골과, 제2 관절 조인트에서 제1 지골에 회전 가능하게 연결된 제2 지골과, 제3 관절 조인트에서 제2 지골에 회전 가능하게 연결된 제3 지골을 포함하며, Wherein the plurality of phalanxes comprises a first phalanx rotatably connected to the base at a first joint joint, a second phalanx rotatably connected to the first phalanx at a second joint joint, and a second phalanx rotatably connected to the second phalanx at a third joint joint. A third phalanx connected to the second phalanx,

상기 로봇 핑거 제어부는 상기 복수의 지골 각각에서 상기 물체와의 접촉력을 산출한다.
The robot finger control unit calculates the contact force with the object from each of the plurality of phalanxes.

이때, 로봇 핑거 장치는 상기 제1 관절 조인트에서 상기 베이스에 대하여 상기 제1 지골을 회전시키는 액추에이터를 더 포함할 수 있고,At this time, the robot finger device may further include an actuator for rotating the first phalanx against the base at the first joint joint,

상기 액추에이터에 의해 상기 제1 지골에 가해지는 회전 작동력의 일부를 제2 지골에 전달하여 상기 제2 관절 조인트에서 상기 제1 지골에 대하여 상기 제2 지골을 회전시키는 제1 운동전달 요소와; 상기 제1 운동전달 요소에 의해 상기 제2 지골에 가해지는 회전 작동력의 일부를 제3 지골에 전달하여 상기 제3 관절 조인트에서 상기 제2 지골에 대하여 상기 제3 지골을 회전시키는 제2 운동전달 요소를 더 포함할 수 있다.
A first kinetic transmission element for transmitting part of the rotational operating force applied to the first phalanx by the actuator to the second phalanx to rotate the second phalanx against the first phalanx at the second joint joint; A second motion transmitting element for transmitting a part of the rotational operating force applied to the second phalanx by the first motion transmitting element to the third phalanx to rotate the third phalanx against the second phalanx at the third joint joint, As shown in FIG.

또한, 상기 제1 운동전달 요소는 상기 제1 지골에 대한 상기 제2 지골의 위치를 기구학적으로 구속하는 제1 수동 요소와, 상기 제2 관절 조인트에서 상기 제2 지골에 상기 제2 회전 작동력으로서 제1 스프링 토크를 가하는 제1 스프링을 포함할 수 있고,The first kinetic transmission element includes a first passive element that mechanically restrains a position of the second phalanx against the first phalanx, and a second passive element that mechanically restrains the position of the second phalanx against the first phalanx, And a first spring for applying a first spring torque,

상기 제2 운동전달 요소는 상기 제2 지골에 대한 상기 제3 지골의 위치를 기구학적으로 구속하는 제2 수동 요소와 상기 제3 관절 조인트에서 상기 제3 지골에 상기 제3 회전 작동력으로서 제2 스프링 토크를 가하는 제2 스프링을 포함할 수 있다.
The second kinetic transmission element includes a second passive element that mechanically restrains the position of the third phalanx against the second phalanx and a second passive element that mechanically restrains the position of the third phalanx against the second phalanx, And a second spring for applying a torque.

나아가, 상기 제1 수동 요소는 일단이 상기 제1 관절 조인트에 회전가능하도록 연결된 제1 주구동바와, 상기 제1 일차 구동바에 대하여 회전가능하게 일단이 제1 주구동 조인트에 연결된 제1 불충분 구동바와, 상기 제1 불충분 구동바에 회전가능하게 일단이 제1 부구동 조인트에 연결되고 타단이 상기 제2 관절 조인트에 회전가능하게 연결된 제1 부구동바를 포함하는 제1 4절 링크 구조를 포함할 수 있으며,Furthermore, the first passive element has a first main drive bar, one end of which is rotatably connected to the first joint joint, a first insufficient drive bar rotatably connected to the first main drive bar and having one end connected to the first main drive joint, And a first four-bar linkage structure including a first sub-drive bar rotatably connected to the first insufficient drive bar and having one end connected to the first sub-drive joint and the other end rotatably connected to the second joint joint, ,

상기 제2 수동 요소는 일단이 상기 제2 관절 조인트에 회전가능하도록 연결된 제2 주구동바와, 상기 제2 일차 구동바에 대하여 회전가능하게 일단이 제2 주구동 조인트에 연결된 제2 불충분 구동바와, 상기 제2 불충분 구동바에 회전가능하게 일단이 제2 부구동 조인트에 연결되고 타단이 상기 제3 관절 조인트에 회전가능하게 연결된 제2 부구동바를 포함하는 제2 4절 링크 구조를 포함할 수 있다.
The second passive element has a second main drive bar, one end of which is rotatably connected to the second joint joint, a second insufficient drive bar rotatably connected to the second main drive joint at one end thereof to the second main drive joint, And a second sub-drive bar rotatably connected to the second insufficient drive bar, the second sub-drive bar having one end connected to the second sub-drive joint and the other end rotatably connected to the third joint joint.

또한, 상기 로봇 핑거 제어부는 상기 복수의 지골 각각에서 상기 로봇 핑거의 기구학적 값, 상기 제1 수동 요소의 기구학적 값, 상기 제2 수동 요소의 기구학적 값, 상기 제1 회전 작동력, 상기 제1 스프링의 특성 및 상기 제2 스프링의 특성을 이용하여 접촉력을 산출할 수 있다.In addition, the robot finger control unit may control the robot finger control unit such that, in each of the plurality of phalanxes, a kinematic value of the robot finger, a kinematic value of the first passive element, a kinematic value of the second passive element, The contact force can be calculated using the characteristics of the spring and the characteristics of the second spring.

이때, 상기 로봇 핑거의 기구학적 값은 상기 복수의 지골 각각의 길이, 상기 제1 관절 조인트로부터 상기 제1 지골이 상기 물체에 접촉하는 접촉점까지의 거리, 및 상기 제2 관절 조인트로부터 상기 제2 지골이 상기 물체에 접촉하는 접촉점까지의 거리를 포함할 수 있다.The kinematic value of the robot finger may be determined by a length of each of the plurality of phalanxes, a distance from the first joint joint to a contact point at which the first phalanx of the object contacts the object, May include the distance to the point of contact with the object.

또한, 상기 제1 수동 요소의 기구학적 값은 상기 제1 주구동바의 길이, 상기 제1 불충분 구동바의 길이, 상기 제1 부구동바의 길이를 포함할 수 있다.In addition, the kinematic value of the first passive element may include the length of the first main drive bar, the length of the first insufficient drive bar, and the length of the first sub-drive bar.

또한, 상기 제2 수동 요소의 기구학적 값은 상기 제2 주구동바의 길이, 상기 제2 불충분 구동바의 길이, 상기 제2 부구동바의 길이를 포함할 수 있다.
In addition, the kinematic value of the second passive element may include the length of the second main drive bar, the length of the second insufficient drive bar, and the length of the second sub-drive bar.

상기 로봇 핑거 제어부는 관계식:Wherein the robot finger controller comprises:

Figure 112015012183049-pat00001
Figure 112015012183049-pat00001

을 이용하여 상기 접촉력을 산출하도록 구성되는 것일 수 있는데,May be configured to calculate the contact force,

여기에서From here

ki는 i번째 관절 조인트로부터 i번째 지골이 상기 물체와 접촉하는 접촉점까지의 거리이고; Fi는 i번째 지골이 상기 물체에 접촉하는 접촉점에서의 접촉력이며;k i is the distance from the i-th joint to the contact point at which the i-th phalanx contacts the object; F i is the contact force at the contact point at which the i-th phalanx contacts the object;

Figure 112015012183049-pat00002
이며;
Figure 112015012183049-pat00002
;

단, Lk는 k번째 지골의 길이이고,Where L k is the length of the k th phalanx,

θm는 베이스 또는 m-1 번째 지골에 대한 m번째 지골의 회전각이다.
θ m is the rotation angle of the m-th phalanx for the base or m-1 th phalanx.

나아가, 상기 로봇 핑거 제어부는 i번째 지골이 상기 물체와 접촉하지 않을 경우 상기 관계식 좌변에서 매트릭스의 i번째 행과 i번째 열을 제거하고, Fi를 제거하고, 우변에서

Figure 112015012183049-pat00003
를 제거한 후 상기 접촉력을 산출하는 것일 수 있다.
Further, when the i-th phalanx does not contact the object, the robot finger control unit removes the i-th row and the i-th row of the matrix from the left side of the relational expression, removes F i ,
Figure 112015012183049-pat00003
And then the contact force is calculated.

상기 로봇 핑거 제어부는 상기 복수의 지골 각각에서 상기 로봇 핑거의 기구학적 값, 상기 제1 운동전달 요소의 기구학적 값, 상기 제2 운동전달 요소의 기구학적 값을 이용하여 접촉력을 산출하도록 구성될 수 있는데,The robot finger control unit may be configured to calculate the contact force using the kinematic value of the robot finger, the kinematic value of the first motion transmission element, and the kinematic value of the second motion transmission element in each of the plurality of phalanxes there is,

이때 상기 로봇 핑거 제어부는 관계식:At this time,

Figure 112015012183049-pat00004
Figure 112015012183049-pat00004

을 이용하여 상기 접촉력을 산출하도록 구성될 수 있으며,To calculate the contact force,

여기에서,From here,

JT는 상기 로봇 핑거의 기구학적 값에 의해 정해지는 n×n 매트릭스인데, n은 상기 복수의 지골의 개수이며, J T is an n by n matrix determined by the kinematic value of the robot finger, n is the number of phalanxes of the plurality,

Figure 112015012183049-pat00005
인데, Fi는 i번째 지골이 상기 물체에 접촉하는 접촉점에서의 접촉력이며,
Figure 112015012183049-pat00005
F i is the contact force at the contact point at which the i-th phalanx contacts the object,

Figure 112015012183049-pat00006
인데,
Figure 112015012183049-pat00007
는 i번째 지골에서의 토크이다.
Figure 112015012183049-pat00006
However,
Figure 112015012183049-pat00007
Is the torque at the i-th phalanges.

마찬가지로, 상기 로봇 핑거 제어부는 i번째 지골이 상기 물체와 접촉하지 않을 경우 상기 관계식 좌변에서 JT 매트릭스의 i번째 행과 i번째 열을 제거하고, Fi를 제거하고, 우변에서

Figure 112015012183049-pat00008
를 제거한 후 상기 접촉력을 산출하도록 구성될 수 있다.
Similarly, when the i-th phalanx does not contact the object, the robot finger control unit removes the i-th row and the i-th row of the J T matrix from the left side of the relational expression, removes F i ,
Figure 112015012183049-pat00008
And then calculate the contact force.

본 발명의 다른 실시 형태에 따른 불충분 구동형 로봇 핑거 장치의 제어 방법은 복수의 지골을 포함하는 로봇 핑거의 기구학적 값과, 로봇 핑거의 복수의 지골 사이의 운동전달 요소의 기구학적 값을 이용하여 접촉력을 산출하는 단계를 포함한다.A control method of an insufficiently driven robot finger device according to another embodiment of the present invention uses a kinematic value of a robot finger including a plurality of phalanxes and a kinematic value of a kinetic transfer element between a plurality of phalanxes of a robot finger And calculating the contact force.

이때 상기 접촉력 산출 단계는 관계식:At this time,

Figure 112015012183049-pat00009
Figure 112015012183049-pat00009

을 이용하여 상기 접촉력을 산출할 수 있으며,The contact force can be calculated using the contact force,

여기에서,From here,

JT는 상기 로봇 핑거의 기구학적 값에 의해 정해지는 n×n 매트릭스인데, n은 상기 복수의 지골의 개수이며, J T is an n by n matrix determined by the kinematic value of the robot finger, n is the number of phalanxes of the plurality,

Figure 112015012183049-pat00010
인데, Fi는 i번째 지골이 상기 물체에 접촉하는 접촉점에서의 접촉력이며,
Figure 112015012183049-pat00010
F i is the contact force at the contact point at which the i-th phalanx contacts the object,

Figure 112015012183049-pat00011
인데,
Figure 112015012183049-pat00012
는 i번째 지골에서의 토크이다.
Figure 112015012183049-pat00011
However,
Figure 112015012183049-pat00012
Is the torque at the i-th phalanges.

상기 접촉력 산출 단계는 i번째 지골이 상기 물체와 접촉하지 않을 경우 상기 관계식 좌변에서 JT 매트릭스의 i번째 행과 i번째 열을 제거하고, Fi를 제거하고, 우변에서

Figure 112015012183049-pat00013
를 제거한 후 상기 접촉력을 산출할 수 있다.
The contact force calculating step may include removing the i-th row and the i-th column of the J T matrix at the left side of the relational expression when the i-th phalanx does not contact the object, removing F i ,
Figure 112015012183049-pat00013
The contact force can be calculated.

본 발명의 실시예에 따른 불충분 구동형 로봇 핑거 장치는 각 지골에서의 접촉점에서의 접촉력을 효율적으로 산출하여 이를 기초로 한 제어가 가능하다는 효과를 제공한다.
The insufficiently driven robot finger device according to the embodiment of the present invention efficiently calculates the contact force at the contact point in each phalanx and provides control based on the calculated contact force.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예의 3자유도 사례이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예의 3자유도 사례의 물체를 다루는 경우의 수를 보여주는 도면이다.
1 is a conceptual diagram according to a first embodiment of the present invention.
2 is a three degree of freedom example of the first embodiment of the present invention.
Fig. 3 is a view showing the number of cases in which an object of three degree of freedom degree is treated in the first embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. However, the technical idea of the present invention is not limited to these, and various modifications may be made by those skilled in the art.

도 1은 본 발명에 따른 실시예에서 사용할 수 있는 n개의 지골(phalange)을 가진 핑거 장치(100), 즉 n-지골(n-phalanx) 핑거 장치(100)를 도시한다. 제1 지골(12)은 제1 관절 조인트(O1)에서 베이스(2)에 회전 가능하게 연결되어 있고, 제2 지골(22)은 제2 관절 조인트(O2)에서 제1 지골(12)에 회전 가능하게 연결되어 있고, 제3 지골(32)은 제3 관절 조인트(O3)에서 제2 지골(12)에 회전 가능하게 연결되어 있다. 이와 같이, i번째 지골은 i번째 관절 조인트에서 i-1번째 지골에 회전 가능하게 연결된다.
Figure 1 shows a finger device 100, i.e., an n-phalanx finger device 100, having n phalanges that can be used in an embodiment in accordance with the present invention. The first phalanx 12 is rotatably connected to the base 2 at the first joint joint O 1 and the second phalanx 22 is connected to the first phalanx 12 at the second joint joint O 2 , And the third phalanx 32 is rotatably connected to the second phalanx 12 at the third joint joint O 3 . Thus, the i-th phalanx is rotatably connected to the i-1 th phalanx at the i-th joint joint.

액추에이터(도시 생략)에 의해 제1 지골(12)을 회전시키는 작동력(T1)이 제1 지골(12)에 입력으로 가해지면, 이 작동력(T1)의 일부는 제1 운동전달 요소(14)에 의해 제2 지골(22)에 전달되며, 이에 따라 제1 지골(12)에 대하여 제2 지골(22)을 회전시키는 힘(Ts2)이 생성된다. 액추에이터는 회전력을 부여할 수 있는 임의의 장치, 예를 들어 회전모터 등이 사용될 수 있다. 여기에 스프링과 같은 탄성 수단이 부가되면 간단하면서도 적응성이 좋은 핑거 장치(100)가 얻어질 수 있다. 예를 들어, 제2 관절 조인트(O2)에는 토크 스프링이 사용되어, 제2 지골(22)이 임의로 움직이지 못하도록 해준다. 제2 지골(22)로부터 제n 지골까지 동일한 설명이 가능하며, 반복 설명 및 도시를 생략한다.
When an operating force T 1 for rotating the first phalanx 12 by an actuator (not shown) is applied to the first phalanx 12 as an input, a part of the operating force T 1 is transmitted to the first kinetic transmission element 14 ) it is transmitted to the second phalange 22 by a, so that the first phalanx (force (T s2) for rotating the second phalanx (22) with respect to 12) is generated. The actuator may be any device capable of imparting rotational force, for example, a rotary motor or the like. A simple and highly adaptable finger device 100 can be obtained if an elastic means such as a spring is added thereto. For example, a torque spring is used for the second articulating joint O 2 to prevent the second phalanx 22 from moving arbitrarily. The same description can be made from the second phalanx 22 to the nth phalanx, and repetitive description and illustration are omitted.

이와 같이 다루어지는 물체의 형상에 대한 적응성을 높이고 핑거를 기구학적으로 구속하기 위해 기구학적 수동(passive) 요소들이 사용될 수 있다. 도시된 수동 요소(14, 24, 34)는 4절 링크(four-bar linkage)인데, 각각은 주구동바, 불충분 구동바 및 부구동바를 포함한다. 즉, 제1 수동 요소(14)는 베이스(2)에 대하여 회전가능하도록 일단이 제1 관절 조인트(O1)에 연결된 제1 주구동바(14a), 제1 주구동바(14a)에 대하여 회전가능하게 일단이 제1 주구동 조인트(P1)에 연결된 제1 불충분 구동바(14b) 및 제1 불충분 구동바(14b)에 회전가능하게 일단이 제1 부구동 조인트(P'2)에 연결되고 타단이 제2 관절 조인트(O2)에 회전가능하게 연결된 제1 부구동바(14c)를 가진다. 제2 수동 요소(24) 이하 제n 수동 요소까지 동일한 설명이 가능하며, 반복 설명 및 도시를 생략한다.Kinematic passive elements can be used to increase the adaptability to the shape of the object handled and to mechanically constrain the fingers. The illustrated passive elements 14, 24 and 34 are four-bar linkages, each comprising a main drive bar, an insufficient drive bar and a sub-drive bar. In other words, the first passive element (14) relative to the first main drive bar (14a), the first main drive bar (14a) connected to one end of the first articulated joint (O 1) to be rotatable relative to the base (2) a rotatably Once the first main drive joint (P 1) of claim 1 sufficient driving bar (14b) and the first insufficient driving bar (14b) rotatably Once the first part drive joint (P '2) in connected to the connected and the other end has a second articulated joint (O 2) first drive bar portion (14c) that is rotatably connected to. The second manual element 24 and the following nth manual element can be equally described, and the repetitive description and the illustration are omitted.

4절 링크는 수동 요소의 예일 뿐이며 기구학적 구속을 가하는 다른 다양한 수동 요소들이 적절히 사용될 수도 있다.
The four-bar link is merely an example of a passive element, and various other passive elements that impart kinematic constraints may be used as appropriate.

핑거 장치(100)가 물체를 다루는 상태는 로봇 핑거의 기구학적인 조건과 지골(12, 22, 32, ...)의 접촉지점 등에 의해 정의될 수 있다. 즉, 로봇 핑거의 기구학적 조건과 지골(12, 22, 32, ...)의 접촉지점을 알면 로봇 핑거의 작동을 분석할 수 있다.The state in which the finger device 100 handles an object can be defined by the kinematic conditions of the robot finger and the contact point of the phalanxes 12, 22, 32,. That is, if the kinematic conditions of the robot finger and the contact points of the phalanxes (12, 22, 32, ...) are known, the operation of the robot finger can be analyzed.

도 1에서 핑거 장치(100)의 기구학적 조건을 나타내는 각 부호의 의미는 아래와 같다:In FIG. 1, the meaning of each symbol indicating the mechanical condition of the finger device 100 is as follows:

Li: i번째 지골(즉, 제i 지골)의 길이L i : length of i-th phalanx (ie, i-th phalanx)

ai: i번째 4절 링크(즉, 제i 수동 요소)의 주구동바의 길이a i : the length of the main drive bar of the i th four-section link (ie, the i th passive element)

bi: i번째 4절 링크(즉, 제i 수동 요소)의 불충분 구동바의 길이b i : Insufficient length of the i-th four-bar link (ie, i-th passive element)

ci: i번째 4절 링크(즉, 제i 수동 요소)의 부구동바의 길이c i : length of the sub-driving bar of the i-th four-bar link (i.e., the i-th passive element)

θi: 베이스(2) 또는 i-1 지골에 대한 i번째 지골(즉, 제i 지골)의 회전각θ i : the rotation angle of the i-th phalanx (ie, the i-th phalanx) for the base (2) or i-1 phalanx

θia: 베이스(2) 또는 i-1 지골에 대한 1번째 4절 링크(즉, 제i 수동 요소)의 주구동바의 회전각θ ia is the rotation angle of the main drive bar of the first four-pass link (ie, the i-th passive element) to the base (2) or i-1 phalanx

ψi: OiP'i와 OiPi 사이의 각도 (단, i>1)ψ i : the angle between O i P ' i and O i P i (where i> 1)

T1: 제1 관절 조인트(O1)에서 액추에이터의 토크T 1 : torque of the actuator at the first joint joint (O 1 )

Tsi: i번째 관절 조인트(Oi)에서의 스프링 토크 (단, i>1)T si : spring torque at i-th joint (O i ) (where i> 1)

Fi: i번째 지골에서 물체와의 접촉력F i : contact force with object at i-th phalanx

ki: i번째 지골에서의 물체와의 접촉 위치 (Oi로부터 접촉점까지의 거리)
k i : the position of contact with the object at the i-th phalanx (the distance from O i to the contact point)

접촉력의 분포는 접촉점의 위치와 스프링에 의해 가해지는 스프링 토크에 좌우된다. 아래에서는, 계산 및 설명의 단순화를 위해 핑거 장치(100)의 정적 상태를 가정하며, 즉 운동에 의한 가속도 등을 무시한다. 나아가, 마찰도 무시하도록 한다. 물론, 보다 정확한 산출을 위해 동적 상태와 마찰을 고려하는 것도 가능하다.
The distribution of the contact force depends on the position of the contact point and the spring torque applied by the spring. In the following, the static state of the finger device 100 is assumed for the sake of simplicity of calculation and explanation, that is, the acceleration due to the motion is ignored. Further, the friction is also ignored. Of course, it is also possible to consider dynamic states and friction for more accurate calculations.

입력과 출력의 관계식은 아래와 같다.The relation between input and output is as follows.

Figure 112015012183049-pat00014
Figure 112015012183049-pat00014

여기에서, From here,

T는 액추에이터와 스프링에 의해 각 지골에 가해지는 입력 토크 벡터;T is the input torque vector applied to each phalanx by the actuator and spring;

ωa는 대응하는 각속도(corresponding velocity) 벡터;? a is the corresponding angular velocity vector;

F는 접촉력 벡터;F is the contact force vector;

v는 접촉점에서의 투영 속도(projected velocity) 벡터이다.
v is the projected velocity vector at the contact point.

따라서, 아래와 같은 식이 얻어진다.Therefore, the following equation is obtained.

Figure 112015012183049-pat00015
Figure 112015012183049-pat00015

여기에서,From here,

Ki는 i번째 관절 조인트(Oi)에 위치하는 토션 스프링의 강성;K i is the stiffness of the torsion spring at the i-th joint (O i );

Δ

Figure 112015012183049-pat00016
는 i번째 관절 조인트(Oi)의 현재각과 최초각 사이의 차이다(단, i>1);Δ
Figure 112015012183049-pat00016
Is the difference between the current angle and the initial angle of the i-th joint (O i ), where i>1;

vyci는 i번째 지골의 접촉점에서 yi축 방향의 투영 속도(projected velocity)이다.
v yci is the projected velocity in the y i axis direction at the contact point of the i-th phi .

따라서, 투영 속도(v)는 아래와 같이 자코비안 매트릭스 JT와 지골 조인트 좌표의 도함수 벡터인

Figure 112015012183049-pat00017
의 벡터곱으로 간단히 표현될 수 있다. Thus, the projection velocity v is the derivative vector of the Jacobian matrix J T and the gyro joint coordinates
Figure 112015012183049-pat00017
As shown in FIG.

Figure 112015012183049-pat00018
Figure 112015012183049-pat00018

여기에서 투영 속도(v)의 자코비안 매트릭스 JT는 아래와 같이 아래삼각(lower triangular) 형태로 얻어질 수 있다.Here, the Jacobian matrix J T of the projection velocity (v) can be obtained in a lower triangular form as shown below.

Figure 112015012183049-pat00019
Figure 112015012183049-pat00019

여기에서,From here,

Figure 112015012183049-pat00020
이고,
Figure 112015012183049-pat00020
ego,

Figure 112015012183049-pat00021
이다.
Figure 112015012183049-pat00021
to be.

미적분을 통해, 구동 자코비안 매트릭스 Ja를 이용하여 앞서 정의한 지골 조인트 좌표의 도함수 벡터와 관련시키면, 아래와 같은 식이 얻어진다.If we use the calculator to correlate the derivative vector of the geobio- plastic joint coordinates defined above with the driving Jacobian matrix J a , the following equation is obtained.

Figure 112015012183049-pat00022
Figure 112015012183049-pat00022

불충분 구동 핑거 모델에서, 액추에이터 토크를 각 지골에 전달하는 데에 4절 링크를 사용하였고, 4절 링크의 각속도율은 i번째 4절 링크, 즉 OiPiP'i +1Oi +1에서 아래와 같은 식이 된다.In the insufficient drive finger model, a four-bar link is used to transmit the actuator torque to each phalanx, and the angular velocity of the four-bar link is the i-th four-bar link, O i P i P i i +1 O i +1 The following equation is obtained.

Figure 112015012183049-pat00023
Figure 112015012183049-pat00023

Figure 112015012183049-pat00024

Figure 112015012183049-pat00024

마지막 4-절 링크 On -1Pn -1PnOn에서는 아래와 같은 식이 된다.In the last four-section link O n -1 P n -1 P n O n ,

Figure 112015012183049-pat00025
Figure 112015012183049-pat00025

따라서, 수학식 6과 수학식 7을 수학식 5에 대입하면 아래와 같은 식으로 표현될 수 있다.Therefore, substituting Equations (6) and (7) into Equation (5), the following expression can be obtained.

Figure 112015012183049-pat00026
Figure 112015012183049-pat00026

여기에서,From here,

Figure 112015012183049-pat00027
이고;
Figure 112015012183049-pat00027
ego;

Figure 112015012183049-pat00028
이며;
Figure 112015012183049-pat00028
;

Figure 112015012183049-pat00029
이고;
Figure 112015012183049-pat00029
ego;

Xi는 i번째 지골에 액추에어터 토크를 전달하는 데 사용되는 함수이다.
X i is a function used to deliver actuator air torque to the i-th phalange.

수학식 1, 수학식 3, 수학식 5로부터 아래와 같은 식이 얻어진다.From the equations (1), (3) and (5), the following equations are obtained.

Figure 112015012183049-pat00030
Figure 112015012183049-pat00030

수학식 9는 액추에이터 토크와 접촉력 사이의 실질적인 상관관계를 보여준다. 문제는 수학식 9는

Figure 112015012183049-pat00031
의 경우에만 유효하다는 것이다. Ja는 특이성(singularity)을 가질 수 없다. 하지만, 핑거 장치(100)는 n보다 작은 수의 지골이 물체에 접촉하는 상태로 물체를 다룰 수도 있다.
Equation 9 shows a substantial correlation between the actuator torque and the contact force. The problem is that equation (9)
Figure 112015012183049-pat00031
Is only valid for J a can not have singularity. However, the finger device 100 may handle an object in a state in which a number of phials less than n are in contact with the object.

n보다 작은 수의 지골에 의해 물체가 안정적으로 다루어지려면, 물체에 접촉하는 모든 지골에 능동적인 힘이 부여되어야 한다. 그리고, 물체에 접촉하지 않는 지골에서의 생성되는 힘은 0이어야 한다. 하지만, 수학식 9는 JT 매트릭스가 특이성을 가지는 경우에 접촉력을 구하는 데 사용될 수 없다.
In order for an object to be treated with a smaller number of phalanges than n, active forces must be applied to all phalanxes that contact the object. And, the generated force at the phalanges not touching the object should be zero. However, equation (9) it can not be used to obtain the contact force when J T matrix with specificity.

수학식 9를 아래와 같이 표현할 수도 있다.Equation (9) may be expressed as follows.

Figure 112015012183049-pat00032
Figure 112015012183049-pat00032

수학식 10에서 우변의

Figure 112015012183049-pat00033
은 액추에이터, 스프링 토크, 액추에이터와 지골 사이의 토크 전달 함수와 관련되는 모든 관절 조인트에서의 토크 벡터
Figure 112015012183049-pat00034
로서, 아래와 같은 식으로 표시할 수 있다.In Equation 10,
Figure 112015012183049-pat00033
Is the torque vector at all joint joints related to the actuator, spring torque, torque transfer function between the actuator and phalanx
Figure 112015012183049-pat00034
And can be expressed by the following expression.

Figure 112015012183049-pat00035
Figure 112015012183049-pat00035

수학식 10에서 좌변은 아래와 같은 식으로 나타낼 수 있다. In Equation (10), the left side can be expressed by the following equation.

Figure 112015012183049-pat00036
Figure 112015012183049-pat00036

따라서, 수학식 10은 아래와 같은 식이 된다.Hence, Equation (10) becomes the following equation.

Figure 112015012183049-pat00037
Figure 112015012183049-pat00037

수학식 13은 i번째 관절 조인트에서 토크

Figure 112015012183049-pat00038
가 접촉력 벡터 F와 파라미터
Figure 112015012183049-pat00039
에 대하여 아래와 같은 식으로 계산됨을 보여준다.Equation (13) represents the torque
Figure 112015012183049-pat00038
Lt; RTI ID = 0.0 > F &
Figure 112015012183049-pat00039
Is calculated as follows.

Figure 112015012183049-pat00040
Figure 112015012183049-pat00040

n보다 작은 수의 지골이 물체에 접촉하는 경우, 예를 들어 i번째 지골이 물체에 접촉하지 않는다고 하면, 파라미터

Figure 112015012183049-pat00041
는 상관이 없으며, Fi는 0이된다. 즉, 이러한 조건에서 수학식 14는 적합하지 않고, i번째 지골이 물체에 접촉하지 않는 경우에는 토크
Figure 112015012183049-pat00042
를 계산하는 데에는 수학식 14를 고려할 필요가 없다. 따라서, 수학식 13에서 Fi를 제외하고 접촉력 벡터 F를 계산하기 위해서는 아래와 같은 프로세스를 따른다.When the number of phials smaller than n contacts the object, for example, if the i-th phalanx does not contact the object,
Figure 112015012183049-pat00041
And F i is zero. That is, in this condition, the expression (14) is not suitable, and when the i-th phalanx does not contact the object,
Figure 112015012183049-pat00042
It is not necessary to consider equation (14). Therefore, in order to calculate the contact force vector F except for F i in the equation (13), the following process is followed.

- 매트릭스 JT에서 i번째 열을 무시한다. 왜냐하면 모든 파라미터

Figure 112015012183049-pat00043
는 존재하지 않기 때문이다.- Ignore the ith column in matrix J T. Because all parameters
Figure 112015012183049-pat00043
Is not present.

- 매트릭스 JT에서 i번째 행을 무시한다. 왜냐하면 모든 파라미터

Figure 112015012183049-pat00044
에 대하여 좌변에서 Fi=0이 되기 때문이다.- Ignores the i-th row in the matrix J T. Because all parameters
Figure 112015012183049-pat00044
F i = 0 at the left side.

- 좌변에서 접촉력 벡터 F의 Fi=0 요소를 제거한다.- Remove the F i = 0 element of the contact force vector F from the left side.

- 우변에서 토크 벡터

Figure 112015012183049-pat00045
의 i번째 관절 조인트에서의
Figure 112015012183049-pat00046
요소를 무시한다.
- Torque vector on right side
Figure 112015012183049-pat00045
Of the i-th joint joint
Figure 112015012183049-pat00046
Ignore the element.

이와 같이 i번째 열과 i번째 행을 무시하면, JT 매트릭스는 차원이 n-1×n-1로 감소된다. 이제 JT는 특이성이 없다. 따라서, 수학식 13은 Fi를 제외하고 접촉력을 계산하는 데 사용될 수 있다. 둘 이상의 지골이 물체에 접촉하지 않을 경우에도 위 프로세스를 사용할 수 있다.
If the i-th row and the i-th row are thus ignored, the dimension of the J T matrix is reduced to n-1 × n-1. Now J T has no specificity. Hence, equation (13) can be used to calculate the contact force except F i . The above process can also be used when two or more phalanges are not in contact with an object.

(3 자유도, 1-구동 핑거에서의 예)(3 degrees of freedom, example in 1-drive fingers)

도 2는 n=1인 경우, 즉 3자유도 핑거 장치(100)의 예를 도시한다.Fig. 2 shows an example of a case where n = 1, i.e., a three-degree-of-freedom finger device 100. Fig.

불충분 구동 장치에서, 수학식 9는

Figure 112015012183049-pat00047
인 경우에만 유효하다. 하지만, 도 3a 내지 도 3d에 예시된 바와 같이 핑거의 지골(12, 22, 32) 중 물체에 접촉하지 않는 것이 있을 경우(도 3b 내지 도 3d)가 가능하다.
In a deficient drive, Equation (9)
Figure 112015012183049-pat00047
Is valid. However, as exemplified in Figs. 3A to 3D, it is possible that the finger's phalanxes 12, 22 and 32 are not in contact with an object (Figs. 3B to 3D).

접촉력 F1, F2, F3를 구하기 위해서, 아래와 같이 4 가지 가능한 경우로 나누어 설명하기로 한다. In order to obtain the contact forces F 1 , F 2 , and F 3 , the following four possible cases will be described.

(1) 도 3a에 도시된 바와 같이 모든 지골(12, 22, 32) 이 물체에 접촉하는 경우(1) When all the phalanxes 12, 22, 32 come in contact with an object as shown in FIG. 3A

(2) 도 3b에 도시된 바와 같이 기단측 지골, 즉 제1 지골(12) 및 말단측 지골, 즉 제3 지골(32)이 물체에 접촉하고 중앙 지골, 즉 제2 지골(22)은 물체에 접촉하지 않는 경우(2) As shown in FIG. 3B, the proximal phalanxes, i.e., the first phalanx 12 and the distal phalanx, i.e., the third phalanx 32, contact the object and the central phalanx, that is, the second phalanx 22, If the

(3) 도 3c에 도시된 바와 같이 중앙 지골, 즉 제2 지골(22) 및 말단측 지골, 즉 제3 지골(32)이 물체에 접촉하고 기단측 지골, 즉 제1 지골(12)은 물체에 접촉하지 않는 경우(3) As shown in FIG. 3C, the central phalanx, that is, the second phalanx 22 and the distal phalanx, that is, the third phalanx 32, contact the object and the proximal phalanx, If the

(4) 도 3d에 도시된 바와 같이 말단측 지골, 즉 제3 지골(32)만이 물체에 접촉하는 경우
(4) As shown in FIG. 3D, when only the distal phalanx, that is, the third phalanx 32,

(제1 경우)(First case)

모든 지골(12, 22, 32)이 물체에 접촉하는 경우

Figure 112015012183049-pat00048
이며, 수학식 13은 아래와 같은 식이 된다.When all phalanxes 12, 22, and 32 are in contact with an object
Figure 112015012183049-pat00048
&Quot; (13) "

Figure 112015012183049-pat00049
Figure 112015012183049-pat00049

수학식 15에서, 제1 지골의 접촉력(F1)은 아래와 같은 식에 따라 산출된다.In Equation (15), the contact force (F 1 ) of the first phalanx is calculated according to the following equation.

Figure 112015012183049-pat00050
Figure 112015012183049-pat00050

여기에서, From here,

Figure 112015012183049-pat00051
이고;
Figure 112015012183049-pat00051
ego;

Figure 112015012183049-pat00052
이다.
Figure 112015012183049-pat00052
to be.

수학식 15에서, 제2 지골의 접촉력(F2)은 아래와 같은 식에 따라 산출된다.In Equation 15, the contact force F 2 of the second phalanx is calculated according to the following equation.

Figure 112015012183049-pat00053
Figure 112015012183049-pat00053

수학식 15에서, 제3 지골의 접촉력(F3)은 아래와 같은 식에 따라 산출된다.In Equation 15, the contact force F 3 of the third phalanx is calculated according to the following equation.

Figure 112015012183049-pat00054
Figure 112015012183049-pat00054

(제2 경우)(Second case)

제1 지골(12) 및 제3 지골(32)만이 물체에 접촉하는 경우 k2는 존재하지 않으며, F2는 0이 된다. 수학식 15에서 JT 매트릭스에서 제2 지골(22)에 관련된 제2열 및 제2행을 제거하고, F2

Figure 112015012183049-pat00055
를 제거하면 아래와 같은 식이 된다.When only the first phalanx 12 and the third phalanx 32 contact the object, k 2 does not exist, and F 2 becomes zero. The second row and second row associated with the second phalanges 22 in the J T matrix in Equation (15) are removed and F 2 and
Figure 112015012183049-pat00055
The following equation is obtained.

Figure 112015012183049-pat00056
Figure 112015012183049-pat00056

따라서, 제1 지골(12)에서의 접촉력(F1)은 아래와 같은 식으로 산출된다.Therefore, the contact force F 1 in the first phalanx 12 is calculated in the following manner.

Figure 112015012183049-pat00057
Figure 112015012183049-pat00057

제3 지골(32)에서의 접촉력(F3)은 수학식 18에서와 같다.
The contact force F 3 in the third phalanx 32 is as shown in the following equation (18).

(제3 경우)(Third case)

제2 지골(22) 및 제3 지골(32)만이 물체에 접촉하는 경우 k1은 존재하지 않으며, F1은 0이 된다. 수학식 15에서 JT 매트릭스에서 제1 지골(12)에 관련된 제1열 및 제1행을 제거하고, F1

Figure 112015012183049-pat00058
을 제거하면 아래와 같은 식이 된다.When only the second phalanx 22 and the third phalanx 32 contact the object, k 1 does not exist and F 1 becomes zero. In Equation (15), the first column and the first row associated with the first phalanx 12 in the J T matrix are removed, and F 1 and
Figure 112015012183049-pat00058
The following equation is obtained.

Figure 112015012183049-pat00059
Figure 112015012183049-pat00059

제2 지골(22)에서의 접촉력(F2)은 수학식 17에 의해 산출되고, 제3 지골(32)에서의 접촉력(F3)은 수학식 18에 의해 산출된다.
The contact force F 2 at the second phalanx 22 is calculated by the equation 17 and the contact force F 3 at the third phalanx 32 is calculated by the equation 18.

(제4 경우)(Fourth case)

제3 지골(32)만이 물체에 접촉하는 경우 k1, k2는 존재하지 않으며, F1, F2는 0이 된다. 수학식 15에서 JT 매트릭스에서 제1 지골(12)에 관련된 제1열 및 제1행을 제거하고, F1

Figure 112015012183049-pat00060
을 제거한 후, 제2 지골(22)에 관련된 제2열 및 제2행을 제거하고, F2
Figure 112015012183049-pat00061
를 제거하면 아래와 같은 식이 된다.
When only the third phalanx 32 contacts an object, k 1 and k 2 do not exist, and F 1 and F 2 become zero. In Equation (15), the first column and the first row associated with the first phalanx 12 in the J T matrix are removed, and F 1 and
Figure 112015012183049-pat00060
The second row and second row associated with the second phalanx 22 are removed, and F2 and < RTI ID = 0.0 >
Figure 112015012183049-pat00061
The following equation is obtained.

Figure 112015012183049-pat00062
Figure 112015012183049-pat00062

제3 지골(32)에서의 접촉력(F3)은 수학식 18에 의해 산출된다.
The contact force F 3 at the third phalanx 32 is calculated by the following equation (18).

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, substitutions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. will be. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention and the accompanying drawings are intended to illustrate and not to limit the technical spirit of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments and the accompanying drawings . The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.

100: 핑거 장치
2: 베이스
12: 제1 지골 14: 제1 수동 요소
22: 제2 지골 24: 제2 수동 요소
32: 제3 지골 34: 제3 수동 요소
100: finger device
2: Base
12: first phalanx 14: first manual element
22: second phalanx 24: second manual element
32: third phalanx 34: third manual element

Claims (14)

물체와 직접 접촉하도록 된 로봇 핑거와;
상기 로봇 핑거를 제어하도록 된 로봇 핑거 제어부
를 포함하는 불충분 구동형 로봇 핑거 장치에 있어서,
상기 로봇 핑거는 복수의 지골을 포함하며, 상기 복수의 지골은
제1 관절 조인트에서 베이스에 회전 가능하게 연결된 제1 지골과,
제2 관절 조인트에서 제1 지골에 회전 가능하게 연결된 제2 지골과,
제3 관절 조인트에서 제2 지골에 회전 가능하게 연결된 제3 지골
을 포함하고,
상기 로봇 핑거 제어부는 상기 복수의 지골 각각에서 상기 로봇 핑거의 기구학적 값을 이용하여 상기 물체와의 접촉력을 산출하되,
상기 로봇 핑거의 기구학적 값은,
상기 복수의 지골 각각의 길이,
상기 제1 관절 조인트로부터 상기 제1 지골이 상기 물체에 접촉하는 접촉점까지의 거리, 및
상기 제2 관절 조인트로부터 상기 제2 지골이 상기 물체에 접촉하는 접촉점까지의 거리를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 핑거 장치.
A robot finger adapted to be in direct contact with an object;
A robot finger control unit configured to control the robot finger,
The robot finger device comprising:
Wherein the robot finger comprises a plurality of phalanxes,
A first phalanx rotatably connected to the base at the first joint joint,
A second phalanx rotatably connected to the first phalanx at a second joint joint,
A third phalanx rotatably connected to the second phalanx at the third joint joint;
/ RTI >
Wherein the robot finger control unit calculates a contact force with the object using the kinematic values of the robot finger in each of the plurality of phalanxes,
The kinematic values of the robot fingers,
A length of each of the plurality of phalanxes,
A distance from the first joint joint to a contact point at which the first phalanxes contact the object, and
And a distance from the second joint joint to a contact point at which the second phalanx contacts the object.
제1항에 있어서,
상기 제1 관절 조인트에서 상기 베이스에 대하여 상기 제1 지골을 회전시키는 액추에이터와;
상기 액추에이터에 의해 상기 제1 지골에 가해지는 회전 작동력의 일부를 제2 지골에 전달하여 상기 제2 관절 조인트에서 상기 제1 지골에 대하여 상기 제2 지골을 회전시키는 제1 운동전달 요소와;
상기 제1 운동전달 요소에 의해 상기 제2 지골에 가해지는 회전 작동력의 일부를 제3 지골에 전달하여 상기 제3 관절 조인트에서 상기 제2 지골에 대하여 상기 제3 지골을 회전시키는 제2 운동전달 요소
를 더 포함하는 로봇 핑거 장치.
The method according to claim 1,
An actuator for rotating the first phalanx against the base at the first joint joint;
A first kinetic transmission element for transmitting part of the rotational operating force applied to the first phalanx by the actuator to the second phalanx to rotate the second phalanx against the first phalanx at the second joint joint;
A second motion transmitting element for transmitting a part of the rotational operating force applied to the second phalanx by the first motion transmitting element to the third phalanx to rotate the third phalanx against the second phalanx at the third joint joint,
The robot finger device further comprising:
제2항에 있어서,
상기 제1 운동전달 요소는
상기 제1 지골에 대한 상기 제2 지골의 위치를 기구학적으로 구속하는 제1 수동 요소와
상기 제2 관절 조인트에서 상기 제2 지골에 제2 회전 작동력으로서 제1 스프링 토크를 가하는 제1 스프링
을 포함하며
상기 제2 운동전달 요소는
상기 제2 지골에 대한 상기 제3 지골의 위치를 기구학적으로 구속하는 제2 수동 요소와
상기 제3 관절 조인트에서 상기 제3 지골에 제3 회전 작동력으로서 제2 스프링 토크를 가하는 제2 스프링
을 포함하는 것인 로봇 핑거 장치.
3. The method of claim 2,
The first motion transmission element
A first passive element for mechanically restraining a position of the second phalanx against the first phalanx;
A first spring for applying a first spring torque as a second rotational operating force to the second phalanx at the second joint joint,
It includes
The second motion transmission element
A second passive element mechanically restraining a position of the third phalanx against the second phalanx;
A second spring for applying a second spring torque as a third rotational operating force to the third phalanx at the third joint joint,
The robot finger device comprising:
제3항에 있어서,
상기 제1 수동 요소는
일단이 상기 제1 관절 조인트에 회전가능하도록 연결된 제1 주구동바와,
상기 제1 주구동바에 대하여 회전가능하게 일단이 제1 주구동 조인트에 연결된 제1 불충분 구동바와,
상기 제1 불충분 구동바에 회전가능하게 일단이 제1 부구동 조인트에 연결되고 타단이 상기 제2 관절 조인트에 회전가능하게 연결된 제1 부구동바
를 포함하는 제1 4절 링크 구조를 포함하며,
상기 제2 수동 요소는
일단이 상기 제2 관절 조인트에 회전가능하도록 연결된 제2 주구동바와,
상기 제2 주구동바에 대하여 회전가능하게 일단이 제2 주구동 조인트에 연결된 제2 불충분 구동바와,
상기 제2 불충분 구동바에 회전가능하게 일단이 제2 부구동 조인트에 연결되고 타단이 상기 제3 관절 조인트에 회전가능하게 연결된 제2 부구동바
를 포함하는 제2 4절 링크 구조를 포함하는 것인 로봇 핑거 장치.
The method of claim 3,
The first passive element
A first main drive bar rotatably connected to the first joint joint,
A first insufficient drive bar rotatably connected to the first main drive bar and having one end connected to the first main drive joint,
A first sub-drive bar rotatably connected at one end to the first sub-drive joint and at the other end rotatably connected to the second joint joint,
And a first four-bar link structure including a first four-
The second passive element
A second main drive bar, one end of which is rotatably connected to the second joint joint,
A second insufficient drive bar rotatably connected to the second main drive bar and having one end connected to the second main drive joint,
A second sub-drive bar rotatably connected to the second insufficient drive bar and having one end connected to the second sub-drive joint and the other end rotatably connected to the third joint joint,
And a second four-bar link structure including a second four-bar link structure.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 로봇 핑거 제어부는 관계식:
Figure 112016057451991-pat00063

을 이용하여 상기 접촉력을 산출하도록 구성되며,
상기 관계식에서
ki는 i번째 관절 조인트로부터 i번째 지골이 상기 물체와 접촉하는 접촉점까지의 거리이고;
Fi는 i번째 지골이 상기 물체에 접촉하는 접촉점에서의 접촉력이고;
Ti는 i번째 관절 조인트에서 토크이며;
Figure 112016057451991-pat00064
이며;
단, Lk는 k번째 지골의 길이이고,
θm는 베이스 또는 m-1 번째 지골에 대한 m번째 지골의 회전각인 것인 로봇 핑거 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the robot finger controller comprises:
Figure 112016057451991-pat00063

To calculate the contact force,
In the above relationship
k i is the distance from the i-th joint to the contact point at which the i-th phalanx contacts the object;
F i is the contact force at the contact point at which the i-th phalanx contacts the object;
T i is the torque at the i-th joint joint;
Figure 112016057451991-pat00064
;
Where L k is the length of the k th phalanx,
and m is the rotation angle of the m-th phalanx with respect to the base or m-1 th phalanx.
제7항에 있어서,
상기 로봇 핑거 제어부는 i번째 지골이 상기 물체와 접촉하지 않을 경우 상기 관계식 좌변에서 매트릭스의 i번째 행과 i번째 열을 제거하고, Fi를 제거하고, 우변에서
Figure 112015012183049-pat00065
를 제거한 후 상기 접촉력을 산출하는 것인 로봇 핑거 장치.
8. The method of claim 7,
The robot finger control unit removes the i-th row and the i-th row of the matrix from the left side of the relational expression when the i-th phalanx does not contact the object, removes F i ,
Figure 112015012183049-pat00065
And the contact force is calculated.
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