KR101801302B1

KR101801302B1 - 로봇 핸드 및 이를 이용하는 작업용 로봇 시스템

Info

Publication number: KR101801302B1
Application number: KR1020160129258A
Authority: KR
Inventors: 김현식; 배성호; 김충현; 김명환; 김지수; 이건호; 이미나
Original assignee: 동명대학교산학협력단
Priority date: 2016-10-06
Filing date: 2016-10-06
Publication date: 2017-12-21

Abstract

본 발명은 파지대상 물체의 적어도 일부분과 접촉하는 팜(Palm)과, 상기 팜에 체결되는 복수의 핑거와, 상기 핑거를 굽힘 조작하여 물체를 파지하기 위한 회전력을 생성하는 복수의 모터와, 상기 복수의 모터와 복수의 핑거를 각각 연결함으로써 모터의 회전력을 이용하여 핑거를 굽힘 또는 펼침 조작하는 복수의 힘줄을 포함하며, 상기 팜에는 각각의 핑거를 개별 설치하기 위한 대응되는 수의 수골부와 각각의 수골부와 각각의 핑거를 회전 가능하게 연결하기 위한 대응되는 수의 핑거조인트가 구비되고, 상기 수골부 중 적어도 어느 하나는 모터의 회전 시 상기 핑거의 굽힘 조작과 함께 상기 팜에서 슬라이딩 직선 이동 가능하게 구비되어 파지대상 물체에 근접한 위치로 이동하면서 핑거의 굽힘조작이 이루어지며, 상기 팜에는 물체를 감지하기 위한 팜센서가 구비되어 상기 복수의 모터에 구동 신호를 생성하고, 각각의 핑거에는 물체의 접촉을 감지하기 위한 핑거센서가 구비되어 상기 복수의 모터에 구동제어 신호를 생성한다. 이와 같은 본 발명에 의하면 다양한 크기의 물체를 보다 안정적으로 파지하고, 사용자가 팔의 움직임을 통해 용이하게 작업제어를 수행할 수 있는 이점이 있다.

Description

로봇 핸드 및 이를 이용하는 작업용 로봇 시스템{ Robot hand and surface robot system using of the same for working }

본 발명은 물체의 크기에 따라 파지 범위가 가변되면서 물체의 크기를 감지하고 파지력을 제어하면서 파지 작업을 수행하는 로봇 핸드와, 이를 이용하는 작업용 로봇 시스템에 관한 것이다.

로봇 핸드는 복수의 손가락에 의해서 물체를 구속 또는 이동시키는 기계의 손을 말하며, 한정된 영역 내에서 미세한 조작이나 물체의 파지 및 이동 등을 수행하도록 구성된다.

일반적으로 로봇 핸드는 로봇 암에 결합되어 물건을 파지하고 파지한 물건을 위치이동 시킬 수 있으며, 손가락의 개수에 따라 2지, 3지, 4지 이상의 로봇 핸드로 구분될 수 있다.

한편, 작업을 위한 로봇 핸드에 있어서, 2지 로봇 핸드의 경우에는 구조와 제어가 간단한 이점은 있으나, 물체의 이동 시 자세가 불안정하며 구체와 같은 물체는 파지하기에는 어려움이 있다.

그리고, 3지 로봇 핸드의 경우에는 2지 로봇 핸드에 비해 안정감이 향상되어 구체의 파지가 가능한 이점은 있으나, 물체와의 접합점이 분산되어 있고, 힘의 균형이 무너질 경우 물체가 파손될 수 있는 문제점을 가진다.

또한, 4지 이상의 로봇 핸드의 경우에는 힘이 강하고 균형과 안정성이 뛰어난 이점이 있으나, 구성 및 제어구조가 복잡하여 작업용 로봇에는 적합하지 못한 문제점을 가지며, 파지력의 제어가 이루어지지 않을 경우 역시 물체가 파손될 수 있는 문제점을 가진다.

따라서, 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 대한민국 공개특허 2003-0039040“다지 로봇 핸드”에는 스트레인 게이지를 이용하여 물체의 파지력을 제어하는 기술이 개시되어 있으며, 대한민국 등록특허 10-1479232“로봇과 로봇 핸드, 로봇 핸드의 제어 방법 ”에는 거리센서를 사용하여 물체를 감지하고 이에 따른 로봇 핸드의 힘 즉, 파지력을 제어함으로써 파지 정밀도를 향상시키는 기술이 개시되어 있다.

하지만, 상기와 같은 종래 기술의 경우에는 센서를 이용하여 파지대상 물체를 감지하고 감지된 물체에 대한 파지력을 제어하고는 있으나, 다양한 크기의 물체를 안정적으로 파지하기에는 어려움을 가진다.

일 예로 대한민국 공개특허 2003-0039040“다지 로봇 핸드” 로봇 핸드 각각의 손가락 하단이 고정된 위치를 유지한 상태에서 관절을 구부려 파지대상 물체를 파지하게 되는데 이와 같은 경우 파지 대상 물체는 손가락 관절의 회동 반경 안에서 물체의 크기에 따라 접촉점의 개수가 달라진다.

즉, 상대적으로 큰 물체의 경우에는 손가락 마디와 끝 부분이 동시에 접촉되어 파지 되는 형태를 취할 수 있으나, 상대적으로 크기가 작은 물체의 경우에는 손가락 마디와는 접촉되지 않고, 손가락 끝 부분에 의해서만 접촉되는 형태로 파지가 이루어지거나 더 작은 물체의 경우에는 파지가 불가능한 상황이 발생 될 수 있다.

그리고, 대한민국 등록특허 10-1479232“로봇과 로봇 핸드, 로봇 핸드의 제어 방법”에서는 반원 형상을 이루도록 로봇 핸드를 형성하고, 복수의 링크와 각 링크에 구비되는 거리센서를 이용하여 각 링크를 굽힘 제어함으로써 확인된 물체의 크기에 따라 파지 제어가 이루어지고 있다.

하지만, 이와 같은 파지제어를 위해서는 많은 수의 링크와 거리센서가 요구되며, 물체의 형상에 따라 파지 형태가 달라지게 되어 제어구조가 복잡한 문제점을 가진다.

KR

20030039040

A

KR

1479232

B1

본 발명의 목적은 간단한 구조로 다양한 크기의 물체를 안정적으로 파지할 수 있는 로봇 핸드를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 상기와 같은 로봇 핸드를 구비하면서 근전도 센서모듈을 이용하여 제어가 가능한 작업용 로봇시스템을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 로봇 핸드는 파지대상 물체의 적어도 일부분과 접촉하는 팜(Palm)과, 상기 팜에 고정 설치되는 제 1 수골부 및 제 2 수골부와, 상기 팜에 슬라이딩 직선 이동 가능하게 구비되는 제3수골부와, 상기 제 1 내지 3 수골부에 회전가능하게 연결되는 제1 내지 3 핑거조인트와, 상기 제1 내지 3 핑거조인트에 회전 가능하게 연결되는 제1 내지 3 핑거와, 상기 제1 핑거와 제2핑거를 굽힘 조작하여 물체를 파지하기 위한 회전력을 생성하는 핑거모터와, 상기 제3핑거를 굽힘 조작하여 물체를 파지하기 위한 회전력을 생성하고, 상기 제3수골부에 형성되는 웜기어와 맞물려 회전하는 웜을 함께 회전시키는 웜모터와, 상기 웜모터의 회전축과 상기 제3핑거를 연결함으로써 웜모터의 회전력을 이용하여 상기 제3핑거를 굽힘 또는 펼침 조작하는 제3힘줄과, 상기 핑거모터의 회전축 일측에는 상기 제1핑거를 연결하는 제1힘줄이 연결되고 상기 핑거모터의 회전축 타측에는 상기 제2핑거를 연결하는 제2힘줄이 연결되어 핑거모터의 회전에 의해 제1핑거와 제2핑거가 함께 굽힘 또는 펼침 조작되며, 상기 팜에는 물체를 감지하기 위한 팜센서가 구비되어 상기 핑거모터와 웜모터의 구동 신호를 생성하고, 상기 제1핑거와 제2핑거 및 제3핑거에는 각각 물체의 접촉을 감지하기 위한 핑거센서가 구비되어 상기 핑거모터와 웜모터의 구동제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1핑거와 제2핑거 및 제3핑거에는 각각 대응되는 핑거조인트에 회전가능하게 고정시키기 위한 체결부재와, 대응되는 제1힘줄과 제2힘줄 및 제3힘줄이 연결되는 체결부재가 구비되는 것을 특징으로 한다.

다른 측면에서 본 발명에 따른 로봇 핸드는 파지대상 물체의 적어도 일부분과 접촉하는 팜(Palm)과, 상기 팜에 체결되는 복수의 핑거와, 상기 핑거를 굽힘 조작하여 물체를 파지하기 위한 회전력을 생성하는 복수의 모터와, 상기 복수의 모터와 복수의 핑거를 각각 연결함으로써 모터의 회전력을 이용하여 핑거를 굽힘 또는 펼침 조작하는 복수의 힘줄을 포함하며, 상기 팜에는 각각의 핑거를 개별 설치하기 위한 대응되는 수의 수골부와 각각의 수골부와 각각의 핑거를 회전 가능하게 연결하기 위한 대응되는 수의 핑거조인트가 구비되고, 상기 수골부 중 적어도 어느 하나는 모터의 회전 시 상기 핑거의 굽힘 조작과 함께 상기 팜에서 슬라이딩 직선 이동 가능하게 구비되어 파지대상 물체에 근접한 위치로 이동하면서 핑거의 굽힘조작이 이루어지며, 상기 팜에는 물체를 감지하기 위한 팜센서가 구비되어 상기 복수의 모터에 구동 신호를 생성하고, 각각의 핑거에는 물체의 접촉을 감지하기 위한 핑거센서가 구비되어 상기 복수의 모터에 구동제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.

다른 측면에서 본 발명에 따른 작업용 로봇 시스템은 로봇 핸드와 결합되는 로봇 암을 포함하며, 상기 로봇 암에는 일단이 상기 로봇 핸드와 결합되는 제1링크와, 상기 제1링크의 타단에 축결합되어 상기 제1링크를 상하로 회동시키기 위한 제1구동부와, 상기 제1구동부의 일단에 고정되는 제2링크와, 상기 제2링크의 타단에 축결합되어 상기 제2링크를 상하로 회동시키기 위한 제2구동부와, 상기 제2구동부의 일단에 고정되는 제3링크와, 상기 제3링크의 타단에 축결합되어 상기 제3링크를 상하로 회동시키기 위한 제3구동부와, 상기 제3구동부의 일단에 결합되어 제3구동부를 좌우로 회동시키기 위한 제4구동부가 포함되고, 사용자의 팔에 장착되어 팔의 움직임에 따른 활동전위를 감지하고 이를 송신하기 위한 근전도센서 모듈이 더 구비되며, 상기 제 1내지 4 구동부에는 통신모듈이 구비되어 상기 근전도센서 모듈의 감지정보를 전달받아 이를 제 1 내지 3 링크의 위치를 제어하기 위한 제어신호로 변환하여 제어함으로써 상기 로봇 핸드를 물체에 접근시켜 파지작업이 수행되는 것을 특징으로 한다.

다른 측면에서 본 발명에 따른 작업용 로봇 시스템은 상기 로봇 암이 설치되는 선박이 더 포함되며, 상기 선박에는 전원 공급을 위한 전원부와, 작업 대상 물체로 이동하기 위한 추진력을 제공하는 구동부와, 작업 대상 물체와의 거리를 감지하기 위한 거리센서와, 선박의 동요를 저감시키기 위한 자이로 및 상기 거리센서의 감지정보를 바탕으로 구동부를 제어하여 작업 대상 물체와 일정한 거리가 유지될 수 있도록 제어하는 제어부가 포함되는 것을 특징으로 한다.

상기 로봇 핸드 또는 로봇 암의 일측에는 작업 영역을 확인하기 위한 촬영수단과, 상기 촬영수단을 통해 촬영된 영상을 확인하면서 상기 근전도센서 모듈을 통한 사용자의 활동전위에 따른 움직임 정보를 수신하고, 수신된 정보를 상기 로봇 암의 제어를 위한 제어신호로 변환하여 전송하기 위한 원격제어부가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 로봇 핸드는 고정된 위치에서 파지동작을 수행하는 제1, 2 핑거가 제1, 2 힘줄과 핑거모터에 의해 조작되고, 슬라이딩 이동하여 물체를 향해 접근하면서 파지동작을 수행하는 제3핑거는 제3힘줄과 웜을 회전시키는 웜모터에 의해 조작되어 간단한 구조를 이루면서 다양한 크기의 물체를 안정적으로 파지할 수 있도록 한다.

또한, 본 발명에 따른 로봇 핸드에는 팜에 물체를 감지하는 팜센서를 구비하여 물체가 확인되면 웜모터와 핑거모터에 구동신호를 발생시켜 물체를 자동으로 파지하도록 하며, 물체와 각각의 핑거가 접촉하게 되면 핑거에 구비되는 핑거센서에 의해 접촉 상태가 감지되어 핑거모터와 웜모터의 구동제어가 이루어져 안정적인 파지 동작이 수행될 수 있다.

뿐만 아니라 상기와 같은 로봇 핸드를 로봇 암에 장착하고, 로봇 암의 위치제어를 근전도센서 모듈에 의해 수행하는 작업용 로봇 시스템을 제공함으로써 사용자가 팔을 움직여 용이하게 작업을 수행할 수 있으며 특히, 손이 없는 사용자고 본 발명에 따른 작업용 로봇 시스템을 사용하여 작업 수행이 가능하게 된다.

게다가, 로봇 핸드가 결합된 로봇 암을 선박에 장착하여 수상에서도 작업이 이루어질 수 있도록 하며, 선박에는 구동부와 거리센서 및 자이로를 구비하고, 제어부를 통해 거리센서에서 감지되는 신호를 바탕으로 구동부를 제어하도록 함으로써 작업대상 물체와 선박이 일정한 거리를 유지하면서 작업에 따른 동요를 보상하며 안정적으로 수상에서 작업이 이루어질 수 있게 된다.

도 1 은 본 발명에 따른 로봇 핸드의 일실시 예를 보인 도면.
도 2 는 도 1 의 분해 사시도.
도 3 은 본 발명의 요부 구성인 힘줄의 설치구조를 다양한 각도에서 도시한 도면.
도 4 는 본 발명에 따른 로봇 핸드를 이용하여 물체를 파지하는 과정을 보인 도면.
도 5 는 본 발명에 따른 로봇 핸드와 결합된 작업용 로봇의 일실시 예를 보인 도면.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 작업용 로봇의 제어를 위한 근전도센서 모듈의 실시 예를 보인 도면.
도 7 은 본 발명에 따른 작업용 로봇 시스템을 이용하여 물체를 파지하는 과정을 보인 도면.
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 작업용 로봇 시스템의 다른 실시 예를 보인 도면.

이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 구체적인 실시 예를 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이다.

도 1 에는 본 발명에 따른 로봇 핸드의 일실시 예를 보인 도면이 도시되어 있고, 도 2 에는 도 1 의 분해 사시도가 도시되어 있으며, 도 3 에는 본 발명의 요부 구성인 힘줄의 설치구조를 다양한 각도에서 도시한 도면이 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 로봇 핸드(200)는 파지대상 물체의 적어도 일부분과 접촉하는 팜(Palm, 210)과, 상기 팜(210)에 체결되는 복수의 핑거와, 상기 핑거를 굽힘 조작하기 위한 복수의 모터 및 힘줄(Tendon, 300)을 포함하여 구성된다.

상세히, 상기 팜(210)은 소정 크기의 내부공간을 가지며, 핑거의 장착을 위한 다수의 수골부를 포함한다. 상기 수골부는 기본 골격을 형성하기 위한 구성으로 본 실시 예에서는 설명의 편의를 위해 제1내지 3수골부(220, 240, 260)로 구분하여 설명한다.

상기 제1수골부(220)는 팜(210)의 상면 모서리 일측에서 상방으로 돌출 형성되어 제1핑거(252)와 제1핑거조인트(254)의 설치 위치를 제공하며, 상기 제2수골부(240)는 상기 제1수골부(220)와 나란한 위치의 모서리에서 상방으로 돌출 형성되어 제2핑거(262)와 제2핑거조인트(264)의 설치 위치를 제공한다.

상기 제3수골부(260)는 상기 팜(210)의 내부공간에 수용되어 외부로 노출되며, 상기 제1수골부(220)와 제2수골부(240) 사이에 위치되어 제3핑거(272)와 제3핑거조인트(274)의 설치 위치를 제공한다.

한편, 상기 제3수골부(260)는 팜(210)의 모서리에 고정 설치되는 제1, 2 수골부(220, 240)와 달리 직선 슬라이딩 이동 가능하도록 구비되어 제1, 2 수골부(220, 240)와의 간격을 조절할 수 있도록 구성된다.

이를 위해 상기 팜(210)의 내부공간에는 나선이 형성되는 웜(Worm, 280)과 상기 웜(280)을 회전시키기 위한 웜 모터(282)가 구비되며, 상기 제3수골부(260)의 하측에는 상기 웜(280)의 나선과 대응되는 웜기어부(242)가 더 형성된다.

따라서, 상기 웜(280)의 회전 방향에 따라 이에 맞물린 웜기어부(242)가 슬라이딩 이동하면서 상기 제3수골부(260)가 슬라이딩 이동하여 위치가 가변될 수 있다.

또한, 상기 팜(210)의 상면에는 상기와 같이 슬라이딩 이동하는 제3수골부(260)를 안내하기 위한 가이드 홈(212)과, 파지대상 물체의 위치감지 또는 접촉상태 감지 등을 위한 센서의 설치 위치를 제공하는 팜 센서홀(214)이 더 형성된다.

즉, 상기 가이드 홈(212)은 상기 제3수골부(260)의 적어도 일부분이 노출될 수 있도록 제3수골부(260) 가로방향 길이와 대응되는 가로 폭을 가지며, 세로 방향의 길이는 상기 제1, 2수골부(220, 240)를 향해 길게 형성된다. 그리고, 상기 제3수골부(260)의 하단은 상기 가이드 홈(212)의 폭 보다 가로 방향 길이가 길게 형성되어 상기 가이드 홈(212)에 간섭됨으로써 상기 제3수골부(260)의 상방향 탈거를 방지한다.

한편, 상기와 같이 구비되는 각 수골부에는 핑거조인트를 이용하여 핑거가 회전 가능하게 고정된다.

상세히, 상기 제1 내지 3핑거(252, 262, 272)는 도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이 한 쌍의 몸체가 형합하여 내부에 소정의 공간이 형성되며, 각각 대응되는 핑거조인트(254, 264, 274)의 일측과 체결부재(211)에 의해 핀 조인트 결합되어 회전 가능하도록 연결된다.

이를 위해 제1 내지 3핑거(252, 262, 272)에는 핑거조인트(254, 264, 274)를 향한 일면이 개구되도록 형성되며, 체결부재(211)의 결합을 위한 핀홀이 형성되고, 전술한 힘줄(300)과 연결되는 체결부재(211)가 장착되도록 하는 핀홀(도면부호 부여되지 않음)이 체결부재(211)의 결합을 위한 핀홀보다 상측에 하나 더 구비된다.

즉, 상기 제1 내지 3핑거(252, 262, 272)에는 핑거조인트(254, 264, 274)와 결합되는 하나의 체결부재(211)가 회전축을 형성하고, 몸체를 고정시키면서 힘줄(300)과 연결되어 각 핑거를 회전시키기 위한 체결부재(211)가 하나 더 구비된다.

그리고, 제 1 내지 3핑거조인트(254, 264, 274)의 다른 일측은 각각의 수골부(220, 230, 240)와 체결부재(211)에 의해 회전 가능하도록 결합되며, 이를 위해 각 수골부와 핑거조인트에도 서로 대응되는 핀홀이 각각 형성된다.

또한, 핑거조인트와 연결되는 핑거의 일면과 수골부의 일면 및 이와 대응되는 핑거조인트의 각 면은 라운드 형상으로 형성되어 회전시 간섭이 방지된다.

한편, 상기 제1 내지 3핑거(252, 262, 272)에 체결부재(211)를 통해 연결된 힘줄(300)은 각각의 핑거조인트(254, 264, 274)와 각 수골부(220, 230, 240)의 내부공간을 통해 팜(210) 내부공간에 구비되는 웜모터(282) 및 핑거모터(292)의 회전축과 연결된다.

상세히, 상기 팜(210)의 내부공간에는 상기 웜모터(282)와, 상기 웜모터(282)와 연결되어 회전하는 웜(280)이 구비되며, 상기 웜모터(282)의 회전축에는 제3힘줄(360)이 연결된다.

즉, 상기 제3힘줄(360)은 도 3 에 도시된 바와 같이 상기 웜모터(282)에 일단이 연결되고, 타단은 상기 제3핑거(272)에 결합된 체결부재(211)와 연결되며, 인장력을 형성하며 줄꼬임 등을 방지할 수 있도록 제3수골부(240)와 제3핑거조인트(274)를 회전 가능하게 고정하는 체결부재(211)를 경유하도록 배치될 수 있다.

그리고, 상기 웜(280)과 웜모터(282)가 수용된 팜(210)의 내부공간은 팜커버(216)에 의해 차폐되며, 상기 팜커버(216)의 하측으로 소정 공간을 형성하는 하우징(218)이 더 구비되고, 상기 하우징(218)의 내측으로 핑거모터(292)가 더 구비된다.

한편, 본 실시 예에서는 팜(210)의 내부공간이 협소하여 웜모터(282)와 핑거모터(292)가 구분된 공간에서 수용될 수 있도록 하우징(218)을 더 구비되는 것으로 설명하고 있으나, 팜(210)의 내부공간이 웜모터(282)와 웜(280) 및 핑거모터(292)를 서로 간섭되지 않는 위치에 수용할 수 있는 크기로 형성될 경우에는 상기 하우징(218)을 제거하는 것도 가능할 것이다.

상기 핑거모터(292)는 상기 팜커버(216)의 하면에 설치될 수 있으며, 핑거모터(292)의 회전축 좌우 양단에는 각각 제1힘줄(320)과 제2힘줄(340)이 연결된다.

즉, 상기 제1힘줄(320)은 도 3 에 도시된 바와 같이 상기 핑거모터(292)의 회전축 우측에 일단이 연결되고, 타단은 상기 제1핑거(252)에 결합된 체결부재(211)와 연결되며, 인장력을 형성하여 줄꼬임 등을 방지할 수 있도록 제1수골부(220)와 제1핑거조인트(254)를 회전 가능하게 고정하는 체결부재(211)를 경유하도록 배치될 수 있다.

그리고, 제2힘줄(340)은 상기 핑거모터(292)의 회전축 좌측에 일단이 연결되고 타단은 상기 제2핑거(262)에 결합된 체결부재(211)와 연결되며, 제2수골부(240)와 제2핑거조인트(264)를 회전 가능하게 고정하는 체결부재(211)를 경유하도록 배치될 수 있다.

이하에서는 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 로봇 핸드(200)의 작용에 대하여 설명한다.

도 4 에는 본 발명에 따른 로봇 핸드를 이용하여 물체를 파지하는 과정을 보인 도면이 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 로봇 핸드(200)에서는 파지대상 물체(Object)를 팜(210) 상면에 구비되는 팜센서(384)로 감지한다. 여기서 상기 팜센서(384)는 거리감지센서 또는 접촉센서 일 수 있다.

상기와 같이 팜센서(384)에 의해 물체(Object)가 감지되면 상기 웜모터(282)가 회전하면서 회전력이 웜(280)과 제3핑거(272)와 연결된 제3힘줄(360)로 전달된다. 따라서, 상기 웜(280)과 웜기어(242)로 연결되는 제3수골부(240)가 웜(280)을 따라 슬라이딩 이동하면서 물체(Object)를 향해 접근하고, 이와 동시에 제3핑거(272)와 제3핑거조인트(274)가 회전하면서 일정한 속도로 물건(Object) 향해 굽힘 조작된다.

한편, 상기 팜센서(384)에 의해 물체(Object)가 감지되면 상기 핑거모터(292)가 회전하면서 제1핑거(252) 및 제2핑거(262)에 각각 연결된 제1힘줄(320)과 제2힘줄(340)에도 회전력이 전달된다. 따라서, 상기 제1핑거(252)와 제2핑거(262)는 물체(Object)를 향해 굽힘 조작될 수 있다.

그리고, 상기와 같이 굽힘 조작되는 각각의 핑거(252, 262, 272)에는 핑거센서(382)가 각각 구비되며, 각각의 핑거센서(382)가 물체(Object)와 접촉하게 되면, 감지정보에 의해 핑거모터(292)의 토크를 일정하게 유지하여 파지상태를 유지할 수 있도록 한다.

즉, 본 발명에 따른 로봇핸드(200)에서는 파지 대상 물체(Object)가 팜센서(384)에 의해 감지되면 제3수골부(240)가 웜(280)과 웜모터(282)에 의해 슬라이딩 이동하여 물체(Object)와 근접하는 위치까지 파지 범위가 조절된다.

그리고, 상기와 같이 제3수골부(240)가 이동하는 동안 상기 제1 내지 3 핑거(252, 262, 272)는 물체(Object)를 향해 굽힘 조작되며, 각각의 핑거(252, 262, 272)에 구비되는 핑거센서(382)에 감지신호가 확인되면, 웜모터(282) 및 핑거모터(292)의 회전 토크를 일정하게 유지하면서 물건(Object)의 파지가 이루어지게 된다.

반면, 파지하고 있는 물체를 내려놓고자 할 경우에는 상기 웜모터(282)와 핑거모터(292)가 역방향으로 회전하게 되며, 이로 인해 제3수골부(240)가 물체와 멀어지는 방향으로 슬라이딩 이동하고 각각의 핑거가 펴짐 동작을 수행하여 파지된 물체를 내려놓을 수 있게 된다. 여기서, 상기 각각의 핑거에는 초기 위치가 설정되어 펴짐 동작은 초기 위치에 도달 할 때까지 수행될 수 있다.

한편, 상기와 같이 구성되는 로봇 핸드(200)는 로봇 암(400) 및 선박과도 결합되어 작업용 로봇으로 활용될 수 있다.

도 5 에는 본 발명에 따른 로봇 핸드와 결합된 작업용 로봇의 일실시 예를 보인 도면이 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 작업용 로봇은 전술한 바와 같은 구성의 로봇 핸드(200)와 상기 로봇 핸드(200)가 장착되며, 근전도센서를 통한 감지 정보를 전달받아 위치 이동이 가능한 로봇 암(400)을 포함하여 구성된다.

상기 로봇 암(400)은 복수의 링크와 이를 회동시키기 위한 복수의 구동부를 포함하여 구성되며, 상기 구동부에는 아래에서 설명할 근전도센서의 감지 정보가 전달되어 구동제어가 이루어진다.

상세히, 상기 로봇 핸드(200)의 하우징(218)에는 소정 길이의 제1링크(412)의 일단이 연결되어 고정되고 상기 제1링크(412)의 타단에는 제1링크(412)를 상하로 회동시키기 위한 제1구동부(420)가 축결합된다.

그리고, 상기 제1구동부(420)의 타단에는 소정 길이의 제2링크(414)가 연결되어 고정되고, 상기 제2링크(414)의 타단에는 제2링크(414)를 상하로 회동시키기 위한 제2구동부(440)가 축결합된다.

또한, 상기 제2구동부(440)의 타단에는 소정길이의 제3링크(416)가 연결되어 고정되고, 상기 제3링크(416)의 타단에는 제3링크(416)를 상하로 회동시키기 위한 제3구동부(460)가 축결합된다.

그리고, 상기 제3구동부(460)의 타단에는 제3구동부(460)를 좌우로 회동시키기 위한 제4구동부(480)가 더 구비되어 제4구동부(480)가 좌측 또는 우측 방향으로 회전하게 될 경우 연결된 모든 구성이 좌측 또는 우측으로 함께 회전할 수 있게 된다.

한편, 상기 제1내지 4구동부(420, 440, 460, 480)에는 통신모듈이 구비되어 전술한 바와 같이 근전도센서 모듈의 감지정보를 전달받아 회전이 제어될 수 있다.

도 6a 및 도 6b에는 본 발명에 따른 작업용 로봇의 제어를 위한 근전도센서 모듈의 실시 예를 보인 도면이 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 상기 로봇 암(400)의 각 구동부는 도 6a와 같은 밴드형 근전도센서 모듈(520) 또는 도 6b와 같은 패드형 근전도센서 모듈을 사람의 팔에 장착하여 근육에서 일어나는 활동전위를 감지하고 이를 로봇 암(400)의 제어명령으로 수신하여 제어가 이루어지게 된다.

일 예로, 패드형 근전도센서 모듈의 경우에는 전원공급을 위한 전원부(548)와 사람의 팔에 부착되는 패드부(542)와 근육의 움직임에 따른 활동전위를 감지하는 센싱부(544) 및 감지된 정보를 로봇 암(400)의 제어명령으로 변환하고 이를 전송하기 위한 제어부(546)를 포함하여 구성된다.

따라서, 로봇 암(400)을 제어하고자 하는 사용자가 상기 패드부(542)를 팔에 부착하고, 팔을 굽히거나 펴는 동작을 수행할 경우 이와 같은 동작이 상기 센싱부(544)를 통해 감지되고, 감지 정보는 마이컴(546)을 통해 로봇 암(400)의 제어명령으로 변환되어 상기 제1구동부 내지 제4구동부(420, 440, 460, 480)로 전달되어 로봇 암(400)이 사람의 동작을 따라 조작된다.

한편, 상기와 같이 구성되어 조작 가능한 로봇 암(400)에 결합된 로봇 핸드(200)는 작업현장에서 다양한 물체를 파지하고 이동시킬 수 있는 작업용 로봇 시스템으로 사용될 수 있다.

도 7 에는 본 발명에 따른 작업용 로봇 시스템을 이용하여 물체를 파지하는 과정을 보인 도면이 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 사용자가 팔에 전술한 근전도센서 모듈을 장착하여 팔을 파지하고자 하는 물체를 향하여 팔을 구부리거나 펼치게 되면 활동전위를 감지하고 이를 제어명령으로 변환하여 제1 내지 4 구동부(420, 440, 460, 480)에 제어명령이 전달되어 로봇 암(400)이 이동하여 로봇 핸드(200)를 물체에 접근시키게 된다.

그리고, 물체에 접근한 로봇 핸드(200)에서는 팜센서(384)를 통해 물체를 감지하고, 제3수골부(240)가 슬라이딩 이동하면서 파지 범위를 좁혀 가면서 제1내지 3 핑거(252, 262, 272)가 물체를 자동으로 파지할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 작업용 로봇은 손을 잃은 사용자의 경우에도 팔을 이용하여 작업용 로봇을 직접 제어할 수 있게 된다.

한편, 상기와 같이 구성되는 작업용 로봇 시스템은 선박(700, 도8 및 9참조)에 탑재되어 수상에서도 활용될 수 있다.

상세히, 본 발명의 다른 실시 예에서는 상기 선박(700)에 로봇 암(400) 및 로봇 핸드(200) 조립체가 탑재된 상태에서 사용자의 근전도를 원격제어부(800)에서 수신하여 제어명령을 전달하도록 구성된다.

본 실시 예에서 사용자는 밴드형 근전도센서 모듈(520)을 장착하고 원격제어부(800)를 통해 선박(700)의 위치와 작업 대상 물체를 확인하여 팔을 움직임으로써 작업을 위한 제어명령을 로봇 암(400)으로 전달할 수 있도록 구성된다.

이를 위해 상기 로봇 핸드(200)의 일측에는 촬영수단(600)이 더 구비될 수 있으며, 촬영수단(600)에 의해 촬영되는 영상은 실시간으로 원격제어부(800)로 전송되어 사용자가 이를 확인하고 팔을 움직여 로봇 암(400)을 제어하게 된다.

한편, 상기 선박(700)에는 작업 대상과의 충돌 방지를 위해 거리센서(760)가 더 구비되며, 작업 시 무게 중심을 유지하기 위한 자이로(750)와 전원공급을 위한 전원부(710), 이동을 위한 구동부(730) 및 상기 각 구성을 제어하기 위한 제어부(720)가 더 포함된다.

즉, 상기 선박(700)은 작업대상 물체에 구동부(730)를 이용하여 이동할 수 있으며, 물체에 접근할 경우 거리센서(760)의 감지정보에 따라 구동부(730)가 제어되면서 일정한 거리를 유지할 수 있도록 한다.

그리고, 사용자가 원격제어부(800)에서 도시되는 정보를 확인하여 팔을 움직이면 밴드형 근전도센서 모듈(520)에서 활동전위를 감지하여 이를 원격제어부(800)로 송신하고, 이를 수신한 원격제어부(800)에서는 수신된 정보에 따른 제어명령을 생성하여 로봇 암(400)으로 원격 전송한다.

따라서, 사용자는 극한 작업환경과 이격된 위치에서도 용이하게 작업 제어 명령을 전달하여 작업을 제어할 수 있게 된다.

200........ 로봇 핸드 210........ 팜
220........ 제1수골부 230........ 제2수골부
240........ 제3수골부 252........ 제1핑거
254........ 제1핑거조인트 262........ 제2핑거
264........ 제2핑거조인트 272........ 제3핑거
274........ 제3핑거조인트 280........ 웜
282........ 웜모터 292........ 핑거모터
300........ 힘줄 320........ 제1힘줄
340........ 제2힘줄 360........ 제3힘줄
382........ 핑거센서 384........ 팜센서
400........ 로봇 암 412........ 제1링크
420........ 제1구동부 414........ 제2링크
440........ 제2구동부 416........ 제3링크
460........ 제3구동부 480........ 제4구동부
520........ 밴드형 근전도센서 모듈 600........ 촬영수단
700........ 선박

Claims

파지대상 물체의 적어도 일부분과 접촉하는 팜(Palm, 210);
상기 팜에 고정 설치되는 제 1 수골부(220) 및 제 2 수골부(230);
상기 팜에 슬라이딩 직선 이동 가능하게 구비되는 제3수골부(240);
상기 제 1 내지 3 수골부(220, 230, 240)에 회전가능하게 연결되는 제1 내지 3 핑거조인트(254, 264, 274);
상기 제1 내지 3 핑거조인트(254, 264, 274)에 회전 가능하게 연결되는 제1 내지 3 핑거(252, 262, 272);
상기 제1 핑거(252)와 제2핑거(262)를 굽힘 조작하여 물체를 파지하기 위한 회전력을 생성하는 핑거모터(292);
상기 제3핑거(272)를 굽힘 조작하여 물체를 파지하기 위한 회전력을 생성하고, 상기 제3수골부(240)에 형성되는 웜기어(242)와 맞물려 회전하는 웜(280)을 함께 회전시키는 웜모터(282);
상기 웜모터(282)의 회전축과 상기 제3핑거(272)를 연결함으로써 웜모터(282)의 회전력을 이용하여 상기 제3핑거(272)를 굽힘 또는 펼침 조작하는 제3힘줄(360);
상기 핑거모터(292)의 회전축 일측에는 상기 제1핑거(252)를 연결하는 제1힘줄(320)이 연결되고 상기 핑거모터(292)의 회전축 타측에는 상기 제2핑거(262)를 연결하는 제2힘줄(340)이 연결되어 핑거모터(292)의 회전에 의해 제1핑거(252)와 제2핑거(262)가 함께 굽힘 또는 펼침 조작되며,
상기 팜(210)에는 물체를 감지하기 위한 팜센서(384)가 구비되어 상기 핑거모터(292)와 웜모터(282)에 구동 신호를 생성하고, 상기 제1핑거(252)와 제2핑거(262) 및 제3핑거(272)에는 각각 물체의 접촉을 감지하기 위한 핑거센서(382)가 구비되어 상기 핑거모터(292)와 웜모터(282)의 구동제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 로봇 핸드.
제 1 항에 있어서,
상기 제1핑거(252)와 제2핑거(262) 및 제3핑거(272)에는 각각 대응되는 핑거조인트(254, 264, 274)에 회전가능하게 고정시키기 위한 체결부재(211)와, 대응되는 제1힘줄(320)과 제2힘줄(340) 및 제3힘줄(360)이 연결되는 체결부재(211)가 구비되는 것을 특징으로 하는 로봇 핸드.
파지대상 물체의 적어도 일부분과 접촉하는 팜(Palm, 210);
상기 팜(210)에 체결되는 복수의 핑거;
상기 핑거를 굽힘 조작하여 물체를 파지하기 위한 회전력을 생성하는 복수의 모터;
상기 복수의 모터와 복수의 핑거를 각각 연결함으로써 모터의 회전력을 이용하여 핑거를 굽힘 또는 펼침 조작하는 복수의 힘줄;을 포함하며,
상기 팜(210)에는 각각의 핑거를 개별 설치하기 위한 대응되는 수의 수골부와 각각의 수골부와 각각의 핑거를 회전 가능하게 연결하기 위한 대응되는 수의 핑거조인트가 구비되고,
상기 수골부 중 적어도 어느 하나는 모터의 회전 시 상기 핑거의 굽힘 조작과 함께 상기 팜(210)에서 슬라이딩 직선 이동 가능하게 구비되어 파지대상 물체에 근접한 위치로 이동하면서 핑거의 굽힘조작이 이루어지며,
상기 팜(210)에는 물체를 감지하기 위한 팜센서(384)가 구비되어 상기 복수의 모터에 구동 신호를 생성하고, 각각의 핑거에는 물체의 접촉을 감지하기 위한 핑거센서(382)가 구비되어 상기 복수의 모터에 구동제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 로봇 핸드.
제 1 항 내지 3항 중 어느 한 항의 로봇 핸드(200) 및 이와 결합되는 로봇 암(400)을 포함하며,
상기 로봇 암(400)에는,
일단이 상기 로봇 핸드(200)와 결합되는 제1링크(412);
상기 제1링크(412)의 타단에 축결합되어 상기 제1링크(412)를 상하로 회동시키기 위한 제1구동부(420);
상기 제1구동부(420)의 일단에 고정되는 제2링크(414);
상기 제2링크(414)의 타단에 축결합되어 상기 제2링크(414)를 상하로 회동시키기 위한 제2구동부(440);
상기 제2구동부(440)의 일단에 고정되는 제3링크(416);
상기 제3링크(416)의 타단에 축결합되어 상기 제3링크(416)를 상하로 회동시키기 위한 제3구동부(460);
상기 제3구동부(460)의 일단에 결합되어 제3구동부(460)를 좌우로 회동시키기 위한 제4구동부(480);가 포함되고,
사용자의 팔에 장착되어 팔의 움직임에 따른 활동전위를 감지하고 이를 송신하기 위한 근전도센서 모듈;이 더 구비되며
상기 제 1내지 4 구동부(420, 440, 460, 480)에는 통신모듈이 구비되어 상기 근전도센서 모듈의 감지정보를 전달받아 이를 제 1 내지 3 링크(412, 414, 416)의 위치를 제어하기 위한 제어신호로 변환하여 제어함으로써 상기 로봇 핸드(200)를 물체에 접근시켜 파지작업이 수행되는 것을 특징으로 하는 작업용 로봇 시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 로봇 암(400)이 설치되는 선박(700)이 더 포함되며,
상기 선박(700)에는,
전원 공급을 위한 전원부(710)와,
작업 대상 물체로 이동하기 위한 추진력을 제공하는 구동부(730)와,
작업 대상 물체와의 거리를 감지하기 위한 거리센서(760)와,
선박의 동요를 저감시키기 위한 자이로(750) 및
상기 거리센서(760)의 감지정보를 바탕으로 구동부(730)를 제어하여 작업 대상 물체와 일정한 거리가 유지될 수 있도록 제어하는 제어부(720)가 포함되는 것을 특징으로 하는 작업용 로봇 시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 로봇 핸드(200) 또는 로봇 암(400)의 일측에는 작업 영역을 확인하기 위한 촬영수단(600)과,
상기 촬영수단(600)을 통해 촬영된 영상을 확인하면서 상기 근전도센서 모듈을 통한 사용자의 활동전위에 따른 움직임 정보를 수신하고, 수신된 정보를 상기 로봇 암(400)의 제어를 위한 제어신호로 변환하여 전송하기 위한 원격제어부(800)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 작업용 로봇 시스템.