KR101906700B1 - 휴머노이드 로봇에 제공된 손의 구동 - Google Patents

Abstract

본 발명은 휴머노이드 로봇용 손에 관한 것으로, 상기 손(4)은 손바닥(15) 및 3개의 손가락(12, 13, 14)을 포함하고, 3개의 손가락(12, 13, 14)은 스프링 효과를 상쇄시키고 손바닥(15)과 3개의 손가락(12, 13, 14) 사이에서 링크 부분(22, 23, 24)을 구동시킴으로써 형성되는 압축 위치와 스프링 효과에 의해 유지되는 정지 위치 사이에서 손바닥(15)에 대해 변위가능하고, 상기 손은 각각의 손가락(12, 13, 14)의 링크 부분(22, 23, 24)에 링크연결되고 제1 회전 방향으로 전동식 샤프트(20)의 회전에 의해 하나 이상의 제1 손가락(12) 및 제1 회전 방향에 상반된 회전 방향으로 전동식 샤프트(20)의 회전에 의해 하나 이상의 제2 손가락(13)을 정지 위치로부터 압축 위치로 변위하도록 구성된 전동식 샤프트(20)를 포함한다.

Description

휴머노이드 로봇에 제공된 손의 구동{Actuation of a hand to be provided on a humanoid robot}

본 발명은 휴머노이드 로봇용 손에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 손가락이 단일의 액추에이터에 의해 정지 위치로부터 2개의 개별 위치로 변위할 수 있는 손에 관한 것이다.

사람의 손은 신체의 상당히 복잡한 부분이다. 이 손은 손의 손바닥 주위에서 관절연결된 복수 개의 손가락을 포함한다. 게다가, 각각의 손가락은 복수개의 상호 관절연결된 지골을 갖는다. 각각의 관절은 근육에 의해 움직일 수 있다. 손의 다양한 관절은 다양한 형태의 물체를 파지할 수 있도록 한다. 또한, 손바닥 및 손가락의 상대 위치는 예를 들어, 펼친 엄지 손가락이 승인 등을 나타내고 물체 또는 방향을 향하여 펼쳐진 집게 손가락과 같이 메시지를 알릴 수 있는 신호 또는 심볼을 나타낼 수 있다. 손의 손가락의 움직임 제어는 이에 따라 로봇의 휴머노이드 특성 및 이의 상호작용 능력을 보강하기 위한 특정 관심이다. 손가락의 움직임의 독립적인 제어를 보장하기 위하여 다수의 액추에이터가 필요한 것이 일 문제점이다.

시각적 메시지의 전달과 물체를 파지하기 위하여 손의 손가락 각각의 지골을 독립적으로 움직이는 것은 비현실적이다. 실질적인 목적은 최소 개수의 액추에이터로 최대 가능한 개수의 운동을 제공하는 데 있다. 공지된 바와 같이, 구동가능한 액추에이터의 개수(A)는 자유도의 개수(N)보다 작을 때(즉 N > A) 메커니즘은 부족구동인 것으로 불린다. 부족구동의 정도는 그 뒤에 차이(N-A)로 정의된다. 부족구동 손은 2개의 지골을 갖는 하나의 손가락과 3개의 지골을 갖는 4개의 손가락이 단일 액추에이터에 의해 오므라질 수 있는 것으로 알려졌다. 단일의 액추에이터에 의해 14개의 피봇 링크를 통하여 14의 자유도를 구동할 수 있으며, 예컨대 손은 높은 정도의 부족구동 정도를 나타낸다.

손의 높은 정도의 부족구동을 보유하면서 손을 제어하기 위한 능력을 향상시키기 위한 노력이 있다. 예를 들어, 각각의 손가락에 걸쳐 파지력을 분배하기 위하여 손가락과 액추에이터 사이에 배열된 스프레더를 이용하는 것이 알려졌다. 손은 이에 따라서 단일의 액추에이터에 의해 다양한 형태의 물체를 파지할 수 있다. 손은 그러나 펼친 위치와 오므린 위치 사이에서 구동할 수 있고, 오므린 위치에서 각각의 손가락의 각각의 위치는 파지되는 물체의 형상에 따른다. 손가락들 사이에 개재된 물체가 없는 경우, 손가락은 오므린 지점을 나타내는 위치로 오므려진다.

로봇의 휴머노이드 특성 및 이의 상호작용 능력을 보강하기 위하여, 높은 정도의 부족구동을 유지하면서 손의 움직임을 제어하기 위한 능력을 증가시킬 필요가 있다. 현저하게, 해결 방법은 로봇의 기능적 환경과 구조적 환경에 적합해야 한다.

이를 위해, 본 발명은 휴머노이드 로봇용 손에 관한 것으로, 상기 손은 손바닥 및 3개의 손가락을 포함하고, 3개의 손가락 각각은 스프링 효과를 상쇄시키고 손바닥과 3개의 손가락 사이에서 링크 부분을 구동시킴으로써 형성되는 압축 위치와 스프링 효과에 의해 유지되는 정지 위치 사이에서 손바닥에 대하여 변위가능하고, 상기 손은 전동식 샤프트를 포함하고, 상기 전동식 샤프트는 3개의 손가락 각각의 링크 부분에 링크연결되고, 상기 전동식 샤프트는 제1 회전 방향으로 회전함으로써 제2 손가락을 정지 위치로부터 압축 위치로 변위시키고 제1 방향에 상반된 회전 방향으로 회전함으로써 제1 손가락을 정지 위치로부터 압축 위치로 변위시키도록 구성된다.

바람직하게는, 상기 전동식 샤프트는 제1 반경방향 프로파일 및 제2 반경방향 프로파일을 포함하고, 제1 반경방향 프로파일은 전동식 샤프트가 제1 회전 방향으로 회전할 때 제1 손가락의 링크 부분을 구동시키지 않고 링크 부분을 구동시키도록 구성되며, 제2 반경방향 프로파일은 전동식 샤프트가 제1 회전 방향 및 제1 회전 방향에 상반된 회전 방향으로 회전할 때 링크 부분 각각을 구동시킨다.

바람직하게는, 손가락들 중 하나의 손가락이 두 가지의 회전 방향 중 하나의 회전 방향으로만 샤프트의 회전에 의해 변위된다.

바람직하게는, 정지 위치에서 손가락은 손바닥과 함께 펼친 손을 나타낸다.

바람직하게는, 제1 손가락은 집게 손가락으로서 손바닥에 배열되고, 제1 손가락은 제1 회전 방향으로 전동식 샤프트가 회전할 때 정지 위치에 유지되고 전동식 샤프트가 제1 방향에 상반된 방향으로 회전할 때 압축 위치에 있는 손의 엄지 손가락과 3개의 손가락 모두는 손바닥과 함께 오므린 손을 나타낸다.

바람직하게는, 제1 손가락의 링크 부분은 전동식 샤프트의 캐비티 내에 수용된 크림핑에 의해 일 측면에서 전동식 샤프트에 링크연결되고 다른 측면에서 제1 손가락에 링크연결된 케이블을 포함하며, 케이블은 캐비티와 연결된 덕트 및 제2 반경방향 프로파일의 단부를 통하여 전동식 샤프트를 반경방향으로 통과하며, 상기 전동식 샤프트가 상기 제1 방향에 상반된 회전 방향으로 회전함에 따라 케이블이 제2 반경방향 프로파일 상에 감겨지고 이에 따라 케이블이 당겨짐으로써 제1 손가락이 변위된다.

바람직하게는, 제2 반경방향 프로파일은 전동식 샤프트의 회전 축의 중심에서 반-원의 형태이고, 상기 제2 반경방향 프로파일에 제1 손가락의 케이블이 감겨질 수 있고, 제2 반경방향 프로파일의 직경은 압축 위치와 정지 위치 사이에서 제1 손가락의 변위의 크기 및 케이블의 이동을 결정한다.

바람직하게는, 제1 손가락의 링크 부분은 전동식 샤프트의 회전 축의 중심에 위치된 캐비티 내에서 자유롭게 회전하도록 장착된 크림핑을 포함하고, 전동식 샤프트가 제1 회전 방향으로 회전 시에 제1 손가락이 정지 위치에 유지되도록 케이블이 제1 반경방향 프로파일의 전체 주변 부분을 따라서 전동식 샤프트를 통과할 수 있게 덕트가 구성된다.

바람직하게는, 전동식 샤프트는 3개의 손가락의 동시 변위를 위해 전동식 샤프트의 회전 축을 따라 연속적으로 배열되는 제1 반경방향 프로파일 및 제2 반경방향 프로파일을 갖는다.

바람직하게는, 개의 동일한 크림핑 및 동일한 길이의 2개의 케이블에 의해 샤프트에 링크연결된 3개의 손가락 중 2개의 손가락을 포함하고, 전동식 샤프트는 전동식 샤프트의 회전 축으로부터 2개의 거리에서 샤프트 내에 형성된 2개의 하우징 캐비티를 포함하여 전동식 샤프트의 회전 축으로부터 거리에서 손의 손바닥에 3개의 손가락 중 2개의 손가락이 배치될 수 있다.

바람직하게는, 3개의 손가락 중 하나의 손가락의 링크 부분은 강성이며, 전동식 샤프트는 제1 및 제2 캠을 포함하고, 강성의 링크 부분은 제1 회전 방향 및 상기 제1 방향에 상반된 회전 방향으로 전동식 샤프트의 회전을 통하여 제1 및 제2 캠에 의해 변위된다.

본 발명은 전술된 특징을 갖는 손이 장착된 휴머노이드 로봇에 관한 것이다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따라 2개의 손이 장착될 수 있는 휴머노이드 로봇의 두 예시를 도시하는 도면.
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 펼친 손", "오므린 손" 및 "펼친 집게 손가락" 형상의 손을 나타내기 위해 배열된 손바닥 및 손가락을 포함한 본 발명에 다른 휴머노이드 로봇 손의 예시를 도시하는 도면.
도 3a 및 도 3b는 각각 "펼친 손가락" 및 "접힌 손가락" 위치의 복수개의 지골로 구성된 휴머노이드 로봇 손가락의 예시를 도시하는 도면.
도 4a 및 도 4b는 "펼친 손" 형상으로부터 각각 "오므린 손" 형상 및 "펼친 집게 손가락" 형상으로 손의 손가락을 변위를 도시하는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 휴머노이드 로봇 손 내에서 이용되는 전동식 샤프트 및 링크 부분을 도시하는 도면.
도 6a 및 도 6b는 로봇의 손의 3개의 손가락과 샤프트 사이의 링크 부분 및 전동식 샤프트의 도면.
명확함을 위해, 동일한 요소는 상이한 도면에서 동일한 도면부호를 갖는다.

명확함을 위해, 동일한 요소는 다양한 도면에서 동일한 도면부호로 나타낸다.

도 1a 및 도 1b는 회사 알데바란 로보틱스(ALDEBARAN ROBOTICS^TM)에 의해 개발된 휴머노이드 로봇의 두 예시를 나타낸다. 도 1a에 도시된 휴머노이드 로봇(1)은 머리(10), 가슴(2), 2개의 팔(3), 2개의 손(4), 2개의 다리(5) 및 2개의 발(6)을 포함한다. 도 1b에 도시된 휴머노이드 로봇(1')은 머리(10), 가슴(2), 2개의 팔(3), 2개의 손 및 가슴(7)을 포함한다. 본 발명은 이들 타입의 휴머노이드 로봇에 장착될 수 있는 손에 관한 것이다.
본 발명은 손바닥에 위치한 4개의 손가락을 포함한 손의 특정 경우가 후술된다. 이들 손가락은 제1 손가락, 제2 손가락 및 제3 손가락과 같은 지골로 구성된다. 4번째는 엄지 손가락과 같은 2개의 지골로 구성된다. 본 발명은 이 특정 예시에 제한되지 않지만 사람과 같이 손바닥에 대해 손가락을 변위시키기 위한 복수개의 전동식(motorized) 손가락 및 손바닥을 포함하는 손을 더욱 광범위하게 포함한다. 게다가, 본 발명은 예를 들어, 개선된 시각적 커뮤니케이션(visual communication)을 허용함으로써 로봇의 휴머노이드 특성을 향상시키기 위하여 손에 이용된다. 본 발명은 다른 부재, 예를 들어 동물 특징의 로봇의 발 또는 휴머노이드 로봇 발에 대해 동일한 이점 및 동일한 원리에 따라 구현될 수 있다. 하기에서, 용어 손은 일반적으로 손바닥에 대해 전동식인 손가락 및 손바닥을 포함하는 부재를 나타낸다.
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 "펼친 손", "오므린 손" 및 "펼친 집게 손가락" 형상의 손을 나타내도록 배열된 손바닥 및 손가락을 포함한 본 발명에 다른 휴머노이드 로봇 손의 예시를 도시한다. 도면에 도시된 예시에서, 손은 2개의 지골로 구성된 하나의 엄지 손가락(11) 및 3개의 지골로 구성된 3개의 손가락(12, 13, 14) 및 손바닥(15)을 포함한다. 손의 손바닥의 형태 및 위치에 의해, 복수개의 손가락(11, 12, 13, 14) 각각 손(4)의 엄지 손가락, 집게 손가락, 가운뎃 손가락 및 넷째 손가락으로 구성된다. 도 2a는 "펼친 손" 형상의 손을 나타내고, 도 2b는 "오므린 손" 형상을 나타내며, 도 2c는 "펼친 집게 손가락" 형상을 나타낸다.
도 3a 및 도 3b는 각각 "펼친 손가락" 및 "접힌 손가락" 위치의 복수개의 지골로 구성된 휴머노이드 로봇 손가락의 예시를 도시한다. 다양한 타입의 부족구동(underactuated) 손은 제한된 개수의 액추에이터에 의해 손의 손가락의 최대 자유도를 구동하는 것으로 알려졌다. 도면에 도시된 하나의 폭 넓게 사용된 설계에서, 각각의 손가락은 서로 연속하여 링크연결된 복수개의 지골을 포함한다. 예를 들어, 제1 손가락(12)은 손바닥(15)에 링크연결된 근위 지골(61), 중간 지골(62), 손바닥으로부터 가장 이격된 원위 지골(63)을 포함한다. 지골은 서로 링크연결되고 예를 들어 피봇 링크와 같이 하나 이상의 자유도를 갖는 링크에 의해 손바닥과 링크연결된다. 손바닥(15)과 지골(61)은 피봇 링크(71a)에 의해 링크연결되고, 지골(61, 62)은 피봇 링크(72a)에 의해 링크연결되며, 지골(62, 63)은 피봇 링크(73a)에 의해 링크연결된다.
하기에서 정지 위치(rest position)로 불리는 디폴트 위치에서, 손가락의 지골은 스프링의 작용에 의해 제 위치에 유지된다. 이 유지는 기계적 접합부에서 지골을 배치하는 스프링 메커니즘 및 피봇 링크의 각 이동을 제한하는 기계식 접합부를 통하여 각각의 피봇 링크에서 구현될 수 있다. 따라서, 지골(61, 62, 63)은 피봇 링크(71a, 72a, 73a)의 주위에 감겨진 나선형 스프링(71b, 72b, 73b)에 의해 정지 위치에서 유지되고 이는 펼친 손가락을 나타낸다.
손가락 각각은 스프링 효과에 상반된 힘을 인가함으로써 손바닥에 대해 정지 위치로부터 또 다른 위치로 손가락을 변위하도록 구성된 링크 부분을 추가로 포함하고, 상기 링크 부분은 손바닥과 손가락 사이에 배열된다. 예를 들어, 링크 부분은 크림핑(75a)에 의해 원위 지골(63)에 대하여 일 측면에서 링크연결되고 손바닥 내에서 전기 액추에이터(도시되지 않음)에 대해 다른 측면에서 링크연결되며, 손가락의 지골을 통과하는 케이블(75)을 포함할 수 있다. 스프링의 복원력보다 큰 당김력을 인가함으로써, 액추에이터는 각각의 지골을 회전시키고 도 3b에 도시된 압축 위치(compressed position)로 불리는 말단 위치로 정지 위치로부터 손가락을 변위시킨다.
액추에이터의 개수를 최소화하는 부족구동 손의 경우에, 각각의 손가락의 케이블은 정지 위치로부터 압축 위치로 모든 손가락을 동시에 변위시킬 수 있는 단일의 액추에이터에 링크연결된다. 전술된 바와 같이, 가변 형상의 대상물을 파지할 수 있도록 허용하기 위하여 각각의 손가락 케이블과 액추에이터 사이에 스프레더(spreader)를 개재시키는 것이 또한 고려되고 이에 따라 상이한 케이블에 전달된 당김력을 분배할 수 있다.
본 발명의 부족구동 손의 기재에 있어서, 특히 복수개의 손가락을 포함하는 손의 경우에, 각각의 손가락은 링크연결 케이블 및 스프링 메커니즘에 의해 일 위치에서 유지되는 복수개의 지골을 포함하고, 액추에이터에 의한 당김은 스프링 효과를 상쇄시킴으로써 각각의 지골을 회전시킬 수 있다. 이 구현은 본 발명을 제한하지 않는다. 다른 구현이 또한 고찰될 수 있다. 손가락은 예를 들어 2개의 말단 위치 사이에서 변위할 수 있는 단일의 지골을 포함할 수 있다. 손가락이 복수개의 지골을 포함할 때, 정지 위치에 손가락을 유지하는 스프링 효과는 정지 위치에서 모든 지골을 유지하는 복원력을 인가하고 각각의 지골을 링크연결하는 단일의 부분에 의해 형성된 스프링 메커니즘에 의해 또는 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 다양한 지골의 피봇 링크 각각과 연계된 일련의 나선형 스프링에 의해 구현된다. 유사하게, 손가락과 손바닥 사이의 링크 부분은 원위 지골에 대한 케이블의 당김을 허용하는 전동식 액추에이터를 링크연결하는 가요성 케이블(75), 예를 들어, 금속 케이블을 포함할 수 있다. 또한, 링크 부분은 캠이 제공된 샤프트를 포함하는 전동식 액추에이터와 일 단부에 의해 접촉하는 강성의 기계식 부분으로 구성되며, 이의 회전은 손가락을 변위하기 위해 강성 부분을 이동시킨다.

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하기에서, 각각의 손가락의 정지 위치는 사람의 손에 대해 펼친 손가락에 대응한다. 모든 손가락은 도 2a에 도시된 "펼친 손" 형상의 정지 위치이다. 각각의 손가락의 압축 위치는 손바닥에 대해 접힌 손가락에 대응한다. 모든 손가락은 도 2b에 도시된 "오므린 손" 형상의 압축 위치이다. 압축 위치 및 정지 위치에 대한 손바닥에 대한 각각의 손가락의 이 위치는 관습(convention)에 의해 선택되며, 이 선택은 모터의 소모, 수명, 고장에 대한 저항에 관한 특정 이점을 제공한다. 그러나, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고, 손가락이 손바닥에 대해 접히는 위치, 하나 또는 모든 손가락의 정지 위치에 대해 선택될 수 있다. 전동식 액추에이터는 그 뒤에 손의 손가락 또는 손가락들을 펼칠 수 있다. 본 발명의 일반적인 사상은 동일한 정도의 부족구동을 유지하면서 손에 대한 이동가능성을 부가하는 데 있다. 본 발명은 제1 방향으로 전동식 샤프트의 회전에 의해 정지 위치로부터 하나 이상의 손가락을 구동하고 상반된 회전 방향으로 회전에 의해 하나 이상의 손가락을 구동시키는 것으로 구성된다. 본 발명은 바람직하게는 동일한 초기 형상으로부터 손의 손가락의 두 가지의 개별 움직임을 허용하기 위하여 회전 액추에이터의 2개의 모터 능력을 이용한다. 도면에 도시된 실시예에서, 제1 방향으로 회전 액추에이터의 회전은 "펼친 손" 형상으로부터 "오므린 손" 형상으로 변환시킬 수 있고, 상반된 방향으로의 회전은 "펼친 손" 형상으로부터 "펼친 집게 손가락" 형상으로 변환시킬 수 있다. 전술된 바와 같이, 3가지의 형상에 대한 각각의 손가락의 위치는 임의적이다. 손은 각각의 손가락이 제1 회전 방향, 상반된 회전 방향, 양 회전 방향 또는 상기 두 회전 방향이 아닌 방향으로의 회전에 따라 변위할 수 있도록 구성될 수 있다. 일반적으로, 본 발명은 각각 제1 회전 방향 및 상반된 회전 방향으로 전동식 샤프트의 회전에 의해 정지 위치로부터 압축 위치로 하나 이상의 제2 손가락과 하나 이상의 제1 손가락을 각각 변위시키도록 구성된 전동식 샤프트에 관한 것이다.

도 4a 및 도 4b는 "펼친 손" 형상으로부터 각각 "오므린 손" 형상 및 "펼친 집게 손가락" 형상으로 손의 손가락을 변위를 도시한다. 두 손가락은 손, 제1 손가락(12), 제2 손가락(13) 및 제3 손가락(14)의 3개의 손가락을 도시한다. 손바닥과 엄지 손가락은 도시되지 않는다. 두 도면의 좌측 부분에서, 3개의 손가락은 스프링 효과에 의해 유지되는 정지 위치에 있다. 도 4a의 우측 부분에서, 3개의 손가락이 압축 위치("오므린 손" 형상)에 있다. 도 4b의 우측에서, 제2 손가락(13)과 제3 손가락(14)은 압축 위치에 있다. 제1 손가락(12)은 정지 위치에 유지된다("펼친 집게 손가락" 형상).

손은 일 측면에서 손가락 및 다른 측면에서 전동식 샤프트(20)에 링크연결된 가요성 케이블로 구성되는, 링크 부분(22, 23, 24)에 의해 각각의 손가락(12, 13, 14)에 링크연결된 전동식 샤프트(20)를 포함한다. 전동식 샤프트(20)는 링크 부분의 길이를 링크 부분의 길이를 적절히 구성함으로써 로봇의 몸통 또는 로봇의 팔뚝 또는 손의 손바닥(15)에 위치될 수 있다. 좌측 부분에 도시된 초기 형상에서, 링크연결 케이블은 손가락의 스프링에 인가된 복원력에 의해 연신된다. 초기 형상으로부터 시작하여, 전동식 샤프트(20)는 주 축(X) 주위에서 2가지의 회전 방향으로 구동될 수 있다. 샤프트의 회전은 스프링 효과를 상쇄시키는 당김력을 인가함으로써 샤프트 주위에 감겨진 케이블을 구동한다. 손가락은 정지 위치로부터 압축 위치로 변위함으로써 접힌다. 바람직하게는, 샤프트는 케이블이 제1 회전 방향으로 회전 시에 감겨지는 제1 반경방향 프로파일 및 케이블이 상반된 회전 방향으로 회전 시에 감겨지는 제2 반경방향 프로파일을 가질 수 있다. 유사하게, 샤프트는 주 축(X)을 따라 연속적으로 형성된 복수개의 제1 및 제2 프로파일을 가질 수 있고, 각각의 손가락은 제1 및 제2 반경방향 프로파일과 연계되어 각각의 손가락의 케이블이 이 상에 감겨질 수 있다. 제1 및 제2 반경방향 프로파일의 정의는 상당한 설계 유연성에 따라 동일한 회전 액추에이터 및 이에 의해 구동될 수 있는 손의 두 가지의 움직임을 정의한다.

도 5는 손의 예시에서 구현되는 링크 부분과 전동식 샤프트를 도시한다. 도면의 좌측 부분은 분해도로서 크림핑(122b)과 가요성 케이블(122a)을 포함하는, 제1 손가락(12)의 링크 부분(22)과 상부 부분(20a)과 하부 부분(20b)에 의해 형성된 전동식 샤프트(20)를 도시한다. 링크 부분(22)은 샤프트(20)의 캐비티(202) 내에 수용된 크림핑(122b)에 의해 전동식 샤프트(20)에 대해 다른 측면 상에서 손가락(12)에 대해 일 측면에서 링크연결된다. 도면의 중앙 부분은 손가락(12, 14)의 링크 부분(22, 24)과 전동식 샤프트(20)를 측면도로서 도시한다. 도면의 우측 부분은 단면(A-A 및 B-B)이 2개의 도면에 의해 동일한 구성요소를 도시한다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 케이블(122a)은 제2 반경방향 프로파일(32b)의 단부 및 제1 반경방향 프로파일(32a)의 단부와 캐비티(202)를 링크연결하는 덕트(202a)를 통하여 샤프트를 통하여 반경방향으로 이동한다. 따라서, 샤프트의 회전 방향에 따라, 제1 손가락(12)의 케이블(22)은 단면도(A-A)로 도시된 2개의 반경방향 프로파일(32a, 32b)들 중 하나의 반경방향 프로파일 상에 감겨질 수 있다. 유사하게, 제3 손가락(14)과 제2 손가락(13)의 링크 부분(23, 24)은 단면(A-A)으로 도시된 2개의 반경방향 프로파일(34a, 34b)들 중 하나의 프로파일 상에 감겨진다.

손가락 각각의 경우, 제1 및 제2 반경방향 프로파일은 제1 및 제2 부분에 걸쳐 연장된다. 제1 및 제2 반경방향 프로파일은 케이블이 통과하는 통로 덕트의 단부에 대응하는 단부를 갖는다. 제1 및 제2 반경방향 프로파일은 손가락(13, 14)과 연계된 반경방향 프로파일(34a, 34b)에 대한 경우와 같이 반원에 근접한 주변의 일부 상에 있고 실질적으로 원형일 수 있다. 그 뒤에 제1 및 제2 반경방향 프로파일의 직경은 손가락의 변위 크기 및 케이블의 이동을 결정한다. 이 선택은 본 발명을 제한하지 않는다. 비-원형 반경방향 프로파일이 고려될 수 있어서 샤프트의 회전에 따라 손가락의 변위 속도를 적절히 구성할 수 있다. 유사하게 샤프트는 반경방향 프로파일의 길이 전체 또는 단순히 이의 일부를 포함하도록 구동될 수 있다.

또한, 전동식 샤프트가 회전할 때 정지 위치에 손가락을 유지시키도록 전동식 샤프트를 구성할 수 있다. 이는 특히 제1 회전 방향으로 샤프트가 회전함에도 불구하고 정지 위치에 유지되는 제1 손가락(12)이 도 3b에 도시된다. 링크 부분(22)의 크림핑(122b)은 샤프트의 주 회전 축과 통합된 축 주위에서 캐비티(202) 내에서 자유롭게 회전하도록 장착되고 예를 들어, 실질적으로 원통형 또는 구형인 가능한 회전 축을 갖는 형태이다. 게다가, 덕트는 제1 반경방향 프로파일의 주변의 전체 부분에 걸쳐 반경방향으로 샤프트를 관통한다. 이에 따라 구성 시에, 케이블(122a)은 제1 반경방향 프로파일의 전체 주변 부분에 걸쳐 샤프트를 통하여 반경방향으로 이동할 수 있다. 제1 회전 방향으로 샤프트의 회전은 하우징 캐비티(202)에 대해 크림핑(122b)의 회전을 구동하고 케이블(122a)은 스프링 효과에 의해 타이트하게 유지된다. 손가락은 제1 회전 방향으로 샤프트가 회전 시에 정지 위치에 유지된다. 역으로, 상반된 방향으로 샤프트의 회전은 집게 손가락의 변위를 구현하며 제2 반경방향 프로파일(32b)에 대해 케이블을 감는다.

바람직하게는, 제1 및 제2 반경방향 프로파일은 손의 손가락의 두 가지의 움직임에 대한 상당한 설계 유연성을 제공한다. 일부 손가락은 바람직하게는 손가락이 동일한 속도 프로파일 및 동일한 크기에 따라 변위하도록 공통 반경방향 프로파일에 의해 샤프트에 링크연결될 수 있다. 도시된 예시에서, 이는 제2 손가락(13) 및 제3 손가락(14)의 경우이다.

도 6a 및 도 6b는 로봇의 손의 3개의 손가락과 샤프트 사이의 링크 부분 및 전동식 샤프트의 두 도면이다.

로봇의 제조를 단순화하고 이의 제조 비용을 감소시키기 위하여 본 발명은 복수개의 동일한 손가락을 이용하는 손을 고찰한다. 도시된 예시에서, 제1 손가락(12), 제2 손가락(13) 및 제3 손가락(14)은 동일한 구성요소로 구성되며 동일한 지골을 갖는 3개의 손가락이다. 3개의 손가락은 손의 손바닥 내의 이들의 위치에 의해서만 구별된다. 손의 휴머노이드 특성을 보강하기 위하여, 3개의 손가락은 실질적으로 원호를 형성하는 3개의 지점에서 손의 손바닥에 링크연결되고, 제1 손가락(12) 및 제3 손가락(14)은 제2 손가락(13)에 대해 후방에 배열된다. 바람직하게는, 샤프트는 손의 손바닥 내에 위치되어 제1 손가락(12) 및 제3 손가락(14)이 샤프트의 회전 축으로부터 동일한 거리에 배열된다. 따라서, 2개의 동일한 링크 부분(22, 24)은 이들 두 손가락에 대해 이용될 수 있다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 링크 부분(22, 24)에 대한 크림핑은 샤프트의 주 축 상에서 샤프트 내에 형성된 2개의 캐비티(202, 204) 내에 수용된다. 동일한 링크 부분(23)이 또한 제2 손가락(13)에 대해 이용될 수 있다. 링크 부분(23)의 크림핑은 샤프트의 주 축으로부터 거리("d")에서 샤프트 내에 형성된 캐비티(203) 내에 수용된다. 따라서, 거리("d")는 손바닥 내의 손가락의 오프셋 위치이며, 이에 따라 전술된 원호를 형성한다. 링크 부분(23, 24)의 하우징 캐비티가 샤프트의 회전 축으로부터 2개의 개별 거리에서 샤프트 내에 형성될지라도, 회전 중에 케이블의 이동은 반경방향 프로파일이 동일하게 형성되는 한 동일하다. 제3 손가락과 제2 손가락의 변위는 이에 따라 동일하다.
바람직하게는, 링크 수단은 특히 링크 케이블의 길이와 동일할 수 있고, 전동식 샤프트 상의 개별 위치는 전동식 샤프트로부터 개별 거리에서의 위치에 형성된다. 따라서, 도 5b에 도시된 링크 부분(21)에 의해 엄지 손가락 및 전동식 샤프트에 대한 손의 모든 손가락의 링크연결이 고찰된다.

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전술된 바와 같이, 전동식 풀리 주위에서의 와인딩에 의해 손가락의 변위를 구현하는 가요성 케이블을 포함한 링크 부분의 구현은 단지 하나의 특정 예시이다. 예를 들어, 제1 방향 및 상반된 방향으로 샤프트의 회전에 의해 샤프트의 제1 및 제2 캠에 의하여 구동하는 강성의 링크와 같은 링크 부분의 다른 형태가 고려될 수 있다. 이들 다양한 실시예는 바람직하게는 부족구동 손의 손가락 상에서 2가지의 가능한 운동을 제공하기 위하여 회전 액추에이터의 2개의 모터 용량을 이용한다. 이들 다양한 실시예는 후술된 특정 특징을 갖는다.

Claims (12)

1. 휴머노이드 로봇용 손(4)으로서,
   상기 손(4)은 손바닥(15) 및 3개의 손가락(12, 13, 14)을 포함하고, 3개의 손가락(12, 13, 14) 각각은 스프링 효과를 상쇄시키고 손바닥(15)과 3개의 손가락(12, 13, 14) 사이에서 링크 부분(22, 23, 24)을 구동시킴으로써 형성되는 압축 위치와 스프링 효과에 의해 유지되는 정지 위치 사이에서 손바닥(15)에 대하여 변위가능하고, 상기 손은 전동식 샤프트(20)를 포함하고, 상기 전동식 샤프트는 3개의 손가락(12, 13, 14) 각각의 링크 부분(22, 23, 24)에 링크연결되고, 상기 전동식 샤프트는 제1 회전 방향으로 회전함으로써 제2 손가락(13)을 정지 위치로부터 압축 위치로 변위시키고 제1 방향에 상반된 회전 방향으로 회전함으로써 제1 손가락(12)을 정지 위치로부터 압축 위치로 변위시키도록 구성되며,
   상기 전동식 샤프트(20)는 제1 반경방향 프로파일(32a, 34a) 및 제2 반경방향 프로파일(32b, 34b)을 포함하고, 제1 반경방향 프로파일(32a, 34a)은 전동식 샤프트(20)가 제1 회전 방향으로 회전할 때 제1 손가락(12)의 링크 부분(22)을 구동시키지 않고 링크 부분(23, 24)을 구동시키도록 구성되며, 제2 반경방향 프로파일(32b, 34b)은 전동식 샤프트(20)가 제1 회전 방향 및 제1 회전 방향에 상반된 회전 방향으로 회전할 때 링크 부분(22, 23, 24) 각각을 구동시키며,
   제1 손가락(12)의 링크 부분(22)은 전동식 샤프트(20)의 캐비티(202) 내에 수용된 크림핑(122b)에 의해 일 측면에서 전동식 샤프트(20)에 링크연결되고 다른 측면에서 제1 손가락(12)에 링크연결된 케이블(122a)을 포함하며, 케이블(122a)은 캐비티(202)와 연결된 덕트(202a) 및 제2 반경방향 프로파일(32b)의 단부를 통하여 전동식 샤프트(20)를 반경방향으로 통과하며, 상기 전동식 샤프트(20)가 상기 제1 방향에 상반된 회전 방향으로 회전함에 따라 케이블(122a)이 제2 반경방향 프로파일(32b) 상에 감겨지고 이에 따라 케이블(122b)이 당겨짐으로써 제1 손가락(12)이 변위되고,
   제1 손가락(12)의 링크 부분(22)은 전동식 샤프트(20)의 회전 축(X)의 중심에 위치된 캐비티(202) 내에서 자유롭게 회전하도록 장착된 크림핑(122b)을 포함하고, 전동식 샤프트(20)가 제1 회전 방향으로 회전 시에 제1 손가락(12)이 정지 위치에 유지되도록 케이블(122a)이 제1 반경방향 프로파일(32a)의 전체 주변 부분을 따라서 전동식 샤프트(20)를 통과할 수 있게 덕트(202a)가 구성되는 손.
2. 제1항에 있어서, 제1 손가락(12)은 전동식 샤프트(20)가 상기 제1 방향에 상반된 회전 방향으로 회전할 때만 변위되는 손.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 손은 손바닥(15)에 위치된 엄지 손가락(11)을 추가로 포함하고, 정지 위치에 있는 엄지 손가락(11)과 3개의 손가락(12, 13, 14)은 손바닥(15)과 함께 펼친 손을 나타내는 손.
4. 제3항에 있어서, 제1 손가락(12)은 집게 손가락으로서 손바닥(15)에 배열되고, 제1 손가락(12)은 제1 회전 방향으로 전동식 샤프트가 회전할 때 정지 위치에 유지되고 전동식 샤프트(20)가 제1 방향에 상반된 방향으로 회전할 때 압축 위치에 있는 손의 엄지 손가락(11)과 3개의 손가락(12, 13, 14) 모두는 손바닥(15)과 함께 오므린 손을 나타내는 손.
5. 제1항에 있어서, 제2 반경방향 프로파일(32b)은 전동식 샤프트(20)의 회전 축(X)의 중심에서 반-원의 형태이고, 상기 제2 반경방향 프로파일(32b)에 제1 손가락(12)의 케이블(122a)이 감겨질 수 있고, 제2 반경방향 프로파일(32b)의 직경은 압축 위치와 정지 위치 사이에서 제1 손가락(12)의 변위의 크기 및 케이블(122a)의 이동을 결정하는 손.
6. 제1항에 있어서, 전동식 샤프트(20)는 3개의 손가락(12, 13, 14)의 동시 변위를 위해 전동식 샤프트(20)의 회전 축(X)을 따라 연속적으로 배열되는 제1 반경방향 프로파일(32a, 34a) 및 제2 반경방향 프로파일(32b, 34b)을 갖는 손.
7. 제1항에 있어서, 2개의 동일한 크림핑 및 동일한 길이의 2개의 케이블에 의해 샤프트에 링크연결된 3개의 손가락(12, 13, 14) 중 2개의 손가락(13, 14)을 포함하고, 전동식 샤프트(20)는 전동식 샤프트(20)의 회전 축(X)으로부터 2개의 거리(d)에서 샤프트(20) 내에 형성된 2개의 하우징 캐비티(203, 204)를 포함하여 전동식 샤프트(20)의 회전 축(X)으로부터 거리(d)에서 손(4)의 손바닥(15)에 3개의 손가락(12, 13, 14) 중 2개의 손가락(13, 14)이 배치될 수 있는 손.
8. 제1항에 있어서, 3개의 손가락(12, 13, 14) 중 하나의 손가락의 링크 부분은 강성이며, 전동식 샤프트(20)는 제1 및 제2 캠을 포함하고, 강성의 링크 부분은 제1 회전 방향 및 상기 제1 방향에 상반된 회전 방향으로 전동식 샤프트(20)의 회전을 통하여 제1 및 제2 캠에 의해 변위되는 손.
9. 제1항에 따른 손(4)이 장착된 휴머노이드 로봇.
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