KR101819158B1 - 힘줄에 의한 압력 센서의 연속적인 출력 값에 따른 로봇 관절의 동작 제어 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 다양한 실시예는 로봇 관절의 동작 제어 시스템에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 간편하게 손목에 밴드형 입력 부재를 장착한 후, 손가락을 굽히거나 움직이면 이와 동일한 움직임 및 동작이 로봇 손에 의해 구현되는 힘줄에 의한 압력 센서의 연속적인 출력 값에 따른 로봇 관절의 동작 제어 시스템을 제공하는데 있다.
이를 위해 본 발명은 손목에 장착되어 상기 손목의 힘줄에 의한 압력값을 센싱하고, 이를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 입력 부재; 상기 입력 부재의 전기적 신호에 의해 회전축의 회전 각도가 변경되는 서보 모터; 및 상기 서보 모터의 회전축에 금속 와이어를 통하여 결합되어 굽혀지거나 펴지는 동작이 수행되는 로봇손을 포함하는 힘줄에 의한 압력 센서의 연속적인 출력 값에 따른 로봇 관절의 동작 제어 시스템을 개시한다.

Description

힘줄에 의한 압력 센서의 연속적인 출력 값에 따른 로봇 관절의 동작 제어 시스템{Control System of Robotic articulated joint movement according to pressure sensor's continuative changing value by the tendon}

본 발명의 다양한 실시예는 힘줄에 의한 압력 센서의 연속적인 출력 값에 따른 로봇 관절의 동작 제어 시스템에 관한 것이다.

로봇 기술이 급속도로 발전하고 있는 가운데, 서비스형 로봇의 활성화를 위하여 인간과 로봇 사이의 원활한 상호 작용을 위한 다양한 연구가 이루어지고 있다. 보다 나은 상호 작용, 즉 자연스러운 상호 작용을 위하여 사용자가 로봇에 대한 명령을 입력하는 것을 감지하기 위한 센서 장치의 기능 개선 연구가 진행되고 있다.

인간과 로봇 사이의 상호 작용에 대한 연구 중 대표적인 것이 로봇이나 로봇의 제어부에 명령을 내리는 시스템에 의한 영상 인식을 통하여 사용자의 동작이나 음성을 인식하고 이에 따른 제어 명령을 내리는 방식이다. 그러나, 상기 방법의 경우 실생활 환경에서, 조명, 그림자, 음영, 잡음 등의 영향으로 인하여 정확한 인식 및 제어 명령 전달이 이루어지지 않고 있는 것이 현실이다.

따라서, 영상 인식에 있어서 조도의 영향이나 음성 인식에서의 잡음 영향 등의 한계를 극복할 수 있는 인식 기술이 필요하게 되었다. 또한 사용자의 동작이나 음성 인식 기술은 현재 무선 기기 제어 수단으로 대표적인 리모컨(Remote Controller)을 이용한 제어의 방향성 문제를 해결하기 위해 필수적이며, 또한 리모컨에 비하여 더욱 직관적인 제어가 가능하여 인식 기술의 사용이 필수적이 되었다. 따라서, 인식 기술의 정확도를 향상시키고, 인간과 로봇의 상호 작용이 더욱 자연스럽게 이루어지도록 하는 외부 장치 및 내부 시스템의 필요성이 높아지고 있다.

이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.

본 발명의 해결하고자 과제는 간편하게 손목에 밴드형 입력 부재를 장착한 후, 손가락을 굽히거나 움직이면 이와 동일한 움직임 및 동작이 로봇 손에 의해 구현되는 로봇 관절의 동작 제어 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 다양한 실시예에 따른 힘줄에 의한 압력 센서의 연속적인 출력 값에 따른 로봇 관절의 동작 제어 시스템은 손목에 밀착된 압력센서를 이용하여 상기 손목의 힘줄에 의한 압력값을 센싱하고, 이를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 입력 부재; 상기 입력 부재의 전기적 신호에 의해 회전축의 회전 각도가 변경되는 서보 모터; 및 상기 서보 모터의 회전축에 금속 와이어를 통하여 결합되어 굽혀지거나 펴지는 동작이 수행되는 로봇손을 포함하고, 상기 압력 센서는 손바닥과 대응되는 손목에 배열된 엄지용 압력 센서, 검지용 압력 센서, 중지용 압력 센서 및 약지용 압력 센서와, 손등과 대응되는 손목에 설치된 새끼용 압력 센서를 포함한다.

상기 입력 부재는 내측에 상기 압력센서가 설치되고, 상기 손목을 감싸는 밴드를 포함할 수 있다.

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상기 서보 모터는 상기 엄지용 압력 센서에 직접 전기적으로 연결되는 엄지용 서보 모터와, 상기 검지용 압력 센서에 직접 전기적으로 연결되는 검지용 서보 모터와, 상기 중지용 압력 센서에 직접 전기적으로 연결되는 중지용 서보 모터와, 상기 약지용 압력 센서에 직접 전기적으로 연결되는 약지용 서보 모터와, 상기 새끼용 압력 센서에 직접 전기적으로 연결되는 새끼용 서보 모터를 포함할 수 있다.

상기 로봇손은 상기 엄지용 서보 모터의 회전축에 금속 와이어를 통하여 결합된 로봇 엄지 손가락과, 상기 검지용 서보 모터의 회전축에 금속 와이어를 통하여 결합된 로봇 검지 손가락과, 상기 중지용 서보 모터의 회전축에 금속 와이어를 통하여 결합된 로봇 중지 손가락과, 상기 약지용 서보 모터의 회전축에 금속 와이어를 통하여 결합된 로봇 약지 손가락과, 상기 새끼용 서보 모터의 회전축에 금속 와이어를 통하여 결합된 로봇 새끼 손가락을 포함할 수 있다.

상기 입력 부재의 압력 센서는 0.1 N 내지 10 N의 압력을 센싱하여, 데이터 값 0 내지 999를 출력할 수 있다.

상기 서보 모터의 회전축에 대한 회전 각도는 0도 내지 300도로 제어되고, 상기 0도 내지 300도는 상기 서보 모터의 데이터 값 0 내지 1023로 할당될 수 있다.

상기 압력 센서의 데이터값 0 내지 999가 상기 서보 모터의 데이터값 0 내지 1023에 매칭되도록 하는 데이터 매칭부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예는 간편하게 손목에 밴드형 입력 부재를 장착한 후, 손가락을 굽히거나 움직이면 이와 동일한 움직임 및 동작이 로봇 손에 의해 구현되는 로봇 관절의 동작 제어 시스템을 제공한다.

즉, 본 발명의 다양한 실시예는 손에 착용하는 복잡하고 비싼 글러브형 입력 부재가 아닌 간편하고 싼 밴드형 입력 부재를 손목에 장착하며, 더욱이 비싼 컨트롤러 및/또는 프로세서를 통하지 않고 입력 부재로부터의 신호가 직접 로봇 손에 전달되어 신호 지연없이 즉각적으로 로봇 손의 움직임 및 동작이 구현되는 로봇 관절의 동작 제어 시스템을 제공한다.

도 1은 인체의 팔, 손목 및 손에 형성된 근육 및 힘줄을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 손가락을 굽히거나 움직일 때 손목의 부피 변화를 도시한 사진이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 로봇 관절의 동작 제어 시스템 중에서 입력 부재를 장착하기 위한 손목에서의 최적 위치의 일례를 도시한 사진이다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 로봇 관절의 동작 제어 시스템 중에서 입력 부재를 장착하기 위한 손목에서의 최적 위치의 일례를 도시한 사진이다.
도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 로봇 관절의 동작 제어 시스템의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 로봇 관절의 동작 제어 시스템 중에서 입력 부재가 장착된 손목을 도시한 사진이다.
도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 로봇 관절의 동작 제어 시스템 중에서 입력 부재로부터 출력되는 데이터 값의 일례를 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 로봇 관절의 동작 제어 시스템 중에서 손가락을 편 상태에서 손가락을 접었을 때 입력 부재로부터 출력되는 데이터 값의 일례를 도시한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 로봇 관절의 동작 제어 시스템 중에서 로봇의수 및 그것에 장착된 서보 모터의 일례를 도시한 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.

또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.

"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "하부"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.

도 1을 참조하면, 인체의 팔, 손목 및 손에 형성된 근육 및 힘줄을 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.

일반적으로 신체의 관절 움직임은 근육의 움직임으로 인한 힘줄의 움직임 때문에 가능하다. 팔을 예로 들면 팔에는 근육들이 배치되어 있고 그 근육들은 힘줄들과 연결이 되어있으며 그 힘줄들은 손가락 마디 별의 뼈와 연결이 되어 있다. 그리고 손목에는 힘줄들이 밀집해 있다.

따라서, 도 1에 도시된 바와 같이, 사람이 검지(1)를 굽히는 동작을 하기 위해서는 근육의 수축에 의해 근육과 연결된 힘줄이 잡아 당겨지고 따라서 힘줄과 연결된 손가락이 굽혀지는 것이다. 즉, 근육이 수축되면 힘줄이 당겨지고, 힘줄이 당겨지면 손가락이 굽혀지는 것이다.

도 2를 참조하면, 손가락을 굽히거나 움직일 때 손목의 부피 변화를 설명하기 위한 사진이 도시되어 있다.

상술한 내용을 바탕으로 어떠한 현상에 대한 설명이 가능하다. 다르게 설명하면, 주먹을 쥐거나 손을 펼 때, 즉 다섯 손가락을 동시에 모두 굽히거나 펼 때, 손목에서의 힘줄 이동에 의하여, 도 2에 도시된 바와 같이, 손목의 부피가 변한다. 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 해부학적으로 엄지를 제외한 4 손가락들은 천지굴근(Flexor digitorum superficialis muscles)의 수축에 의하여 천지굴건(Flexor digitorum superficialis tendons)의 당겨짐으로 인해 굽혀지고, 엄지는 장무지굴근(Flexor pollicis logus muscle)의 수축으로 인한 장무지굴건(Flexor pollicis logus tendon)의 당겨짐으로 인하여 굽혀지게 된다.

도 2는 대략 5 cm의 동일한 두 개의 기준선을 기준으로 첫 번째 사진(도 2의 좌측 사진)의 주먹을 졌을 때와 두 번째 사진(도 2의 우측 사진)의 손을 폈을 때에 높이(옆면에서 바라본 시야를 기준) 차이가 나는 것을 보여 준다.

주먹을 쥐었을 때에는 근육의 수축에 의하여 힘줄이 당겨진 상태이므로 힘줄이 아래팔의 근육이 배치된 공간 쪽으로 끌려와 손목 부분의 부피가 줄어든다. 반대로 손을 폈을 때는 팔 뒷면의 근육과 힘줄에 의하여 주먹을 쥐었을 때와 동일한 원리로 동작하고 힘줄이 다시 반대로 당겨져 손목의 부피가 늘어난다.

또한 이는 각 손가락마다 제각기의 힘줄과 연결이 되어 있으므로 손목에서의 위와 같은 부피 변화가 각 손가락에 따라서 다르게 나타난다.

예를 들어, 한정하는 것은 아니지만, 검지를 굽혔을 때 힘줄의 움직임에 의한 손목에 외면적으로 나타나는 부피 변화와 중지를 굽혔을 때 나타나는 부피 변화의 위치가 다르다.

따라서, 이러한 현상을 이용하여 각각의 손가락 굽힘 정도에 따라서 손목에 표면적으로 나타나는 부피 변화를 측정할 수 있다. 그리고 역으로 손목의 부피 변화의 정도에 따라서 손가락의 굽힘 정도를 예측하여 그 동작을 표출을 할 수도 있다.

그런데 이는 손가락뿐만 아니라 그 손가락보다 부피의 변화가 단순하고 크게 나타나는 팔, 다리 등에 사용되는 관절 등에 그대로 적용할 수 있음은 당연하다.

그리고 이는 단순히 특정 값에 따라 어떠한 동작을 예측하여 정지된 동작을 표출하는 것이 아니라 부피 변화가 연속적으로 증가하거나 감소하는 정도를 측정하여 그에 맞는 동작을 직접적으로 끊임없이 연속적으로 표출할 수 있다.

예를 들어, 한정하는 것은 아니지만, 1초 동안 주먹을 쥔 상태에서 손가락을 대략 180°펴기까지의 변화에 따라 손목상의 특정 위치의 부피 변화를 센서로 측정하였더니 0, 1, 2, 3... 씩 연속적으로 증가하여 1000의 값에 도달했다면, 0 내지 1000까지의 값을 기준으로 그래프로 나타낸다면 상승 곡선의 그래프가 나타내어진다. 이때 관절의 조인트인 서보 모터의 회전 가능 제어 값과 센서를 이용한 부피 변화 측정값을 동일하게 하여 센서의 출력 값을 현재 서보 모터의 제어 값으로 그대로 입력해주면 동작을 따라할 수 있게 된다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 로봇 관절의 동작 제어 시스템 중에서 입력 부재를 장착하기 위한 손목에서의 최적 위치의 일례에 대한 사진이 도시되어 있다.

본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 손목 위의 부피 변화를 압력으로 측정할 수 있다. 즉, 한 손목을 다른 한 손으로 감싼 채 손을 쥐고, 펴는 동작을 반복하면, 압력의 변화를 느낄 수 있다. 이를 이용하여 외면적으로 드러나는 각 손가락별 측정 부위에 압력 센서를 배치한 뒤 손목에 신축성이 없는 손목 밴드를 감싼 후에 압력을 반복적으로 측정해가면, 각 손가락별 부피 변화가 가장 심하게 일어나는 최적의 위치를 찾을 수 있다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 각 손가락의 굽힘 정도에 따른 손목 앞면 및 뒷면에서 압력 변화를 확인할 수 있다. 부호 1, 2, 3, 4, 5는 각각 엄지, 검지, 중지, 약지 및 새끼 손가락의 굽힘에 따라 힘줄의 움직임의 영향으로 나타나는 압력 변화의 위치를 표시한 것이다. 중앙으로 갈수록 부피 변화의 차이가 큼을 의미한다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 로봇 관절의 동작 제어 시스템 중에서 입력 부재를 장착하기 위한 손목에서의 최적 위치의 일레에 대한 사진이 도시되어 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 손바닥과 같은 면의 앞 손목과, 손등과 같은 뒤 손목에서 외부적으로 나타나는 힘줄의 움직임에 의한 압력 차이를 측정하기 위한 센서의 배치도를 볼 수 있다.

예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 앞쪽 손목에 다섯 개의 압력 센서를 모두 배치하면 상호간 간섭에 의한 센서 값에 오류가 나타날 수 있어, 앞쪽 손목에 엄지, 검지, 중지 및 약지에 대응하는 압력 센서를 배치하고, 뒤쪽 손목에 새끼 손가락에 대응하는 압력 센서를 배치하여, 각각 압력을 센싱할 수 있다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 로봇 관절의 동작 제어 시스템(100)의 구성에 대한 블럭도가 도시되어 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 로봇 관절의 동작 제어 시스템(100)은 입력 부재(110)와 로봇손(120)을 포함할 수 있다. 여기에서, 입력 부재(110)와 로봇손(120)은 상호간 직접 전기적으로 연결되거나 또는 그 사이에 데이터 매칭부(130)가 더 연결될 수 있다.

입력 부재(110)는 압력 센서(112)를 포함하며, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 손목에 장착되어 손목의 힘줄에 의한 압력 값을 센싱하고, 이를 전기적 신호로 변환하여, 로봇손(120)에 출력하는 역할을 한다.

또한, 로봇손(120)은 서보 모터(121)와 로봇 손가락(124)을 포함할 수 있다. 서보 모터(121)는 회전축(122)을 가지며, 회전축(122)은 금속 와이어(124)를 통하여 로봇 손가락(124)에 연결될 수 있다 즉, 서보 모터(121)에서 회전축(122)의 회전 방향에 따라, 로봇 손가락(124)이 굽혀지거나 펴지는 동작이 수행된다.

여기서, 압력 센서(112)는 서보 모터(121에 직접 연결되거나, 또는 데이터 매칭부(130)를 통하여 간접적으로 연결될 수 있다. 다만, 본 발명의 실시예에서는 압력 센서(112)의 데이터 값을 처리하기 위한 별도의 컨트롤러나 프로세서를 필요로 하지 않는다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 로봇 관절의 동작 제어 시스템(100) 중에서 입력 부재(110)가 장착된 손목의 사진이 도시되어 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예에서, 입력 부재(110)는 밴드(111)와 다수의 압력 센서(112)를 포함할 수 있다. 밴드(111)는 손목을 대략 감싸는 시계줄 형태를 하며, 압력 센서(112)는 밴드(111)의 내측에 설치되어 손목에 직접 밀착된다.

여기서, 압력 센서(112)는, 상술한 바와 같이, 손바닥과 대응되는 앞 손목에 배열된 엄지용 압력 센서, 검지용 압력 센서, 중지용 압력 센서 및/또는 약지용 압력 센서를 포함할 수 있다. 또한, 압력 센서(112)는, 상술한 바와 같이, 손등과 대응되는 뒷손목에 설치된 새끼용 압력 센서를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상술한 압력 센서(112)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 스트레인 게이지일 수 있다. 또한, 스트레인 게이지는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 반도체 방식, 와이어 방식, 저항선 방식, 콘택트 방식, 파이프 방식 등일 수 있다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 로봇 관절의 동작 제어 시스템(100) 중에서 입력 부재(110)로부터 출력되는 데이터 값의 일례가 도시되어 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 입력 부재(110) 중 압력 센서(112)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 대략 0.1 N 내지 10 N의 압력을 센싱하여, 아날로그 또는 디지털 데이터 값 0 내지 999를 출력할 수 있다. 이러한 압력 센서(112)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 상술한 바와 같이 저항선 방식을 이용할 수 있음으로써, 압력의 정도에 따라서 무수히 많은 센서 값을 연속적으로 정지 현상없이 연속적으로 얻을 수 있다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 로봇 관절의 동작 제어 시스템(100) 중에서 손가락을 편 상태에서 손가락을 접었을 때 입력 부재(110)로부터 출력되는 데이터 값의 일례가 도시되어 있다. 도 9에서, X축은 경과 시간이고, Y축은 압력 센서(112)가 출력하는 데이터의 값이다.

예를 들어, 하나의 압력 센서(112)를 손목 위의 소정 영역에 부착한 뒤에 손목 밴드(111)를 감싸고, 손을 편 상태에서 쥐게 되면 도 2와 같은 원리로 손을 폈을 때 힘줄이 손목 부위에 모여 있다가 손목의 힘줄이 아래로 이동하여 압력이 감소하므로, 도 9에 도시된 바와 같이, 압력 값이 대체로 연속적으로 감소하는 형태의 그래프를 얻을 수 있다.

즉, 이와 같은 원리를 이용하여 각각의 손가락의 움직임에 따라 반응하는 힘줄의 위치를 해부학적으로 찾아서 그 손가락과 맞는 힘줄의 위치에서의 움직임에 의해 나타나는 손목 표면의 움직임을 찾아 인식할 수 있다. 다시 말해, 손목 내부에 배치된 손가락별 힘줄의 위치와 그 힘줄의 움직임에 의해 손목의 표면상 나타나는 부피 변화가 다르기 때문에, 이를 분석하여 최대한 상호간 영향을 주지 않는 범위를 고려하여, 도 3 및 4와 같이 압력 센서(112)의 위치를 설정할 수 있다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 로봇 관절의 동작 제어 시스템(100) 중에서 로봇손(120) 및 그것에 장착된 서보 모터(121)의 일례가 도시되어 있다.

서보 모터(121)는 로봇 손(120)에 구비된 로봇 손가락(124)의 갯수와 동일 갯수로 구비될 수 있다. 즉, 서보 모터(121)는 엄지용 압력 센서에 직접 전기적으로 연결되는 엄지용 서보 모터와, 검지용 압력 센서에 직접 전기적으로 연결되는 검지용 서보 모터와, 중지용 압력 센서에 직접 전기적으로 연결되는 중지용 서보 모터와, 약지용 압력 센서에 직접 전기적으로 연결되는 약지용 서보 모터와, 새끼용 압력 센서에 직접 전기적으로 연결되는 새끼용 서보 모터를 포함할 수 있으며, 이들은 로봇손(120)의 적절한 영역에 장착될 수 있다.

또한, 로봇손(120)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 엄지용 서보 모터(121)의 회전축(122)에 금속 와이어(123)를 통하여 결합된 로봇 엄지 손가락(124)과, 검지용 서보 모터의 회전축에 금속 와이어를 통하여 결합된 로봇 검지 손가락과, 중지용 서보 모터의 회전축에 금속 와이어를 통하여 결합된 로봇 중지 손가락과, 약지용 서보 모터의 회전축에 금속 와이어를 통하여 결합된 로봇 약지 손가락과, 새끼용 서보 모터의 회전축에 금속 와이어를 통하여 결합된 로봇 새끼 손가락을 포함할 수 있다.

한편, 서보 모터(121)의 회전축(122)에 대한 회전 각도는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 대략 0도 내지 300도로 제어될 수 있는데, 이러한 0도 내지 300도는 서보 모터(121)의 입력 데이터 값으로서 대략 0 내지 1023으로 할당될 수 있다.

따라서, 상술한 압력 센서(112)의 출력 데이터값 0 내지 999는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 서보 모터(121)의 입력 데이터값으로서 대략 0 내지 1023에 매칭될 필요가 있다. 이에 따라 본 발명의 실시예에 따른 로봇 관절의 동작 제어 시스템(100)은 데이터 매칭부(130)를 더 포함할 수 있다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 입력 부재(110)와 로봇손(120) 사이에 데이터 매칭부(130)가 더 개재될 수 있다.

즉, 도 10에 도시된 바와 같이, 서보 모터(121)의 회전축(122)이 회전하여 로봇손(120)과 연결된 금속 와이어(123)를 잡아당겨 굽혀지는 형태로 되어 있는 로봇손(120)이 구비될 수 있다. 이러한 로봇손(120)에 사용된 서보 모터(121)의 제어 각도는 대략 300°이지만, 대략 1023개의 단위로 나누어 제어가 가능하다. 그래서 위에서 설명한 바와 같이, 압력 센서(112)는 대략 0 내지 999의 단위로 센서 데이터 값을 출력하고 서보 모터(121)는 대략 0 내지 1023의 단위로 입력 제어가 가능하므로, 압력 센서(112)의 출력을 서보 모터(121)의 입력 제어 값으로 지정해줄 수 있다. 하지만 이때 둘의 값에 차이가 나며, 손가락을 굽히거나 폈을 때의 손목에서 나타나는 압력의 데이터 값과 로봇손(120)의 손가락을 굽히거나 폈을 때의 데이터 값이 다르므로 오차를 고려해야 한다.

예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 검지를 굽혔을 때 압력 센서(112)의 출력 데이터 값이 0이고, 로봇손(120)의 검지 손가락을 굽혔을 때의 서보 모터(121)의 입력 제어 데이터 값이 205일 수 있다. 또한, 검지 손가락을 폈을 때 압력 센서(112)의 출력 데이터 값이 대략 999이고, 로봇손(120)의 검지를 폈을 때의 서보 모터(121)의 입력 제어 데이터 값이 대략 1023이다.

따라서, 검지 손가락을 제어할 때는 데이터 매칭부(130)가 검지용 압력 센서(112)의 출력 값에 대략 205를 더해준 뒤 검지용 서보 모터(121)에 제어 데이터 값을 출력하게 된다. 이와 같이 하여, 검지 손가락 뿐만 아니라, 엄지, 중지, 약지 및/또는 새끼 손가락에 대한 압력 센서와 서보 모터의 상호간 데이터 값을 조정해주게 된다.

이와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따른 로봇 관절의 동작 제어 시스템(100)은 입력 부재(110)의 압력 센서(112)에 의한 동작 인식과 로봇손(120)으로의 동작 표출까지 복잡한 처리 단계 없이 압력 센서(112)와 서보 모터(121)의 직접적인 전기적 연결 방식으로 시간 지연없이 동작 표출이 끊김 없이 동시에 가능하도록 한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 로봇 관절의 동작 제어 시스템(100)은 몇백 단위의 연속적인 출력 데이터 값으로 인하여 로봇 손가락 동작을 미세하게 세분화 할 수 있도록 한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 로봇 관절의 동작 제어 시스템(100)은 다수의 손가락을 동시에 제어 가능하도록 한다. 예를 들면, 로봇 관절의 동작 제어 시스템(100)은 엄지, 검지, 중지, 약지 및/또는 새끼 로봇 손가락이 동시에 독립적으로 각각 동작하도록 한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 로봇 관절의 동작 제어 시스템(100)은 인간의 손목 힘줄에 의한 손목 표면상의 변화를 인식하여 각 손가락의 굽힘 정도를 예측하여 표출하는 것이지만, 위의 결과와 상관없이 팔이나, 다리 등 신체의 특정 동작을 할 때 힘줄과 근육의 움직임에 대한 특정 부위의 부피 변화를 측정하여 사용할 수 있은 당연하다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 힘줄에 의한 압력 센서의 연속적인 출력 값에 따른 로봇 관절의 동작 제어 시스템을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

100; 본 발명의 실시예에 따른 로봇 관절의 동작 제어 시스템
110; 입력 부재 111; 밴드
112; 압력 센서 120; 로봇손
121; 서보 모터 122; 회전축
123; 금속 와이어 130; 데이터 매칭부

Claims (8)

1. 손목에 밀착된 압력센서를 이용하여 상기 손목의 힘줄에 의한 압력값을 센싱하고, 이를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 입력 부재;
   상기 입력 부재의 전기적 신호에 의해 회전축의 회전 각도가 변경되는 서보 모터; 및
   상기 서보 모터의 회전축에 금속 와이어를 통하여 결합되어 굽혀지거나 펴지는 동작이 수행되는 로봇손을 포함하고,
   상기 압력 센서는
   손바닥과 대응되는 손목에 배열된 엄지용 압력 센서, 검지용 압력 센서, 중지용 압력 센서 및 약지용 압력 센서와, 손등과 대응되는 손목에 설치된 새끼용 압력 센서를 포함함을 특징으로 하는 로봇 관절의 동작 제어 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 입력 부재는
   내측에 상기 압력센서가 설치되고, 상기 손목을 감싸는 밴드를 포함함을 특징으로 하는 로봇 관절의 동작 제어 시스템.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 서보 모터는
   상기 엄지용 압력 센서에 직접 전기적으로 연결되는 엄지용 서보 모터와, 상기 검지용 압력 센서에 직접 전기적으로 연결되는 검지용 서보 모터와, 상기 중지용 압력 센서에 직접 전기적으로 연결되는 중지용 서보 모터와, 상기 약지용 압력 센서에 직접 전기적으로 연결되는 약지용 서보 모터와, 상기 새끼용 압력 센서에 직접 전기적으로 연결되는 새끼용 서보 모터를 포함함을 특징으로 하는 로봇 관절의 동작 제어 시스템.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 로봇손은
   상기 엄지용 서보 모터의 회전축에 금속 와이어를 통하여 결합된 로봇 엄지 손가락과, 상기 검지용 서보 모터의 회전축에 금속 와이어를 통하여 결합된 로봇 검지 손가락과, 상기 중지용 서보 모터의 회전축에 금속 와이어를 통하여 결합된 로봇 중지 손가락과, 상기 약지용 서보 모터의 회전축에 금속 와이어를 통하여 결합된 로봇 약지 손가락과, 상기 새끼용 서보 모터의 회전축에 금속 와이어를 통하여 결합된 로봇 새끼 손가락을 포함함을 특징으로 하는 로봇 관절의 동작 제어 시스템.
6. 제 2 항에 있어서,
   상기 입력 부재의 압력 센서는 0.1 N 내지 10 N의 압력을 센싱하여, 데이터 값 0 내지 999를 출력함을 특징으로 하는 로봇 관절의 동작 제어 시스템.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 서보 모터의 회전축에 대한 회전 각도는 0도 내지 300도로 제어되고,
   상기 0도 내지 300도는 상기 서보 모터의 데이터 값 0 내지 1023로 할당된 것을 특징으로 하는 로봇 관절의 동작 제어 시스템.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 압력 센서의 데이터값 0 내지 999가 상기 서보 모터의 데이터값 0 내지 1023에 매칭되도록 하는 데이터 매칭부를 더 포함함을 특징으로 하는 로봇 관절의 동작 제어 시스템.

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