KR102067869B1

KR102067869B1 - 휴머노이드 로봇에 제공되도록 제작된 손의 작동

Info

Publication number: KR102067869B1
Application number: KR1020167022653A
Authority: KR
Inventors: 제러미 라빌; 빈센트 클레르; 브루노 메소니에
Original assignee: 알데바란 로보틱스
Priority date: 2014-01-22
Filing date: 2015-01-22
Publication date: 2020-01-17
Also published as: AU2015208156B2; WO2015110521A1; AU2015208156A1; ES2685961T3; EP3105018B1; RU2016133971A; RU2016133971A3; CN106457574A; KR20160120732A; US9840009B2; FR3016542B1; US20160325437A1; SG11201605955VA; DK3105018T3; CN106457574B; NZ722309A; CA2937582C; MX2016009357A; CA2937582A1; EP3105018A1

Abstract

본 발명은 휴머노이드 로봇에 제공되도록 제작된 손에 관한 것이다. 손(10)은 손바닥(11) 및 손바닥(11)에 대해 동력화되는 복수의 손가락(13, 14, 15, 16, 17)을 포함한다. 본 발명에 따르면, 손(10)은 복수의 손가락(14, 15, 16, 17)에 공유되는 하나의 액추에이터(101, 102)와, 액추에이터(101, 102)에 의해 가해진 힘을 손가락(14, 15, 16, 17)에 분배할 수 있는 스프레더(103, 104)를 포함한다.

Description

휴머노이드 로봇에 제공되도록 제작된 손의 작동 {ACTUATION OF A HAND INTENDED FOR BEING PROVIDED ON A HUMANOID ROBOT}

본 발명은 휴머노이드 로봇용 손에 관한 것이다.

인간의 손은 인체 중 극단적으로 복잡한 부분이다. 손은 손바닥 주위에 관절로 연결된 복수의(several) 손가락을 포함한다. 또한, 각 손가락은 서로 관절로 연결된 복수의 지골을 갖는다. 각 관절은 근육에 의해 움직일 수 있다. 특히 손의 다양한 관절은 다양한 형태의 물체를 파지하는 것을 가능하게 한다. 휴머노이드 로봇에 있어서 인간의 기능성에 최적으로 근접하기 위한 많은 시도가 행해져 왔다. 파지 기능은 로봇화된 시스템에 의해 생성하기에 가장 어려운 기능 중 하나이고, 다양한 물체의 파지를 보장하기 위해 많은 독립된 액추에이터가 요구된다. 이로 인해, 제공될 독립된 액추에이터의 개수의 면에서 그리고 조화된 방식으로 제어되어야 하는 이러한 상이한 액추에이터들의 구동의 면에서 로봇의 복잡성이 증가된다.

본 발명의 목적은 복수의 손가락을 갖고 있고 또한 손의 각 손가락에 대한 독립된 액추에이터의 개수를 감소시켜 다양한 물체의 형태에 대해 용이하게 조정될 수 있는 휴머노이드 로봇의 손을 제안하는 것이다.

이를 위해, 본 발명의 일 주제는 휴머노이드 로봇용 손에 관한 것으로서, 손은 손바닥 및 손바닥에 대해 동력화되는(motorized) 복수의 손가락을 포함하고, 복수의 손가락에 공유되는 액추에이터와, 액추에이터에 의해 가해진 힘을 손가락에 분배할 수 있는 스프레더(spreader)를 더 포함한다.

본 발명의 유리한 변형예에서, 액추에이터에 의해 가해진 힘이 향하는 방향에 직각인 정면에서, 액추에이터에 의해 가해진 힘의 스프레더 상의 작용점의 투영부 및 손가락에 의해 가해진 힘의 스프레더 상의 작용점의 투영부가 정의된다. 정면에서, 액추에이터에 의해 가해진 힘이 향하고 손의 손바닥이 주로 연장되는 방향을 포함하는 수평면과 정면의 교차부에 직각인 수직 방향이 정의된다. 수직 방향에서, 액추에이터에 의해 가해진 힘의 스프레더 상의 작용점의 투영부는 실질적으로 손가락에 의해 가해진 힘의 스프레더 상의 작용점의 투영부의 중심에 위치되고, 손가락에 의해 가해진 힘의 스프레더 상의 작용점의 투영부가 모두 일치하는 것은 아니다.

스프레더라는 용어는 종종 항공 분야에서 사용된다. 유추에 의해, 스프레더는 힘을 분배할 수 있는 임의의 기계적 부품으로 이해될 수 있다. 분배는 기계적 부품 상의 각 힘의 지지점의 기하학적 배치의 함수로 행해진다. 분배는 기계적 부품의 평형 상태를 유지한다. 기계적 부품에 가해진 힘이 천천히 변화되면, 정적 평형 방정식에서 다른 힘을 결정할 수 있다. 본 발명에서, 스프레더는 단일의 액추에이터로부터 복수의 손가락으로 힘을 분배할 수 있다. 스프레더의 존재에 의해, 마주하기 쉬운 물체의 형태에 대한 손의 컴플라이언스(compliance)를 향상시킬 수 있다. 손의 컴플라이언스는 가해지는 스트레스 및 힘에 대한 적응 능력을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.

스프레더를 구현함으로써, 인간의 손과 가까운 부드럽고 자연스러운 움직임을 재생하여 손을 접을 수 있다. 단일의 액추에이터를 스프레더와 관련시킴으로써, 스프레더에 연결된 여러 손가락의 움직임을 완전히 동기화시킬 수 있게 된다.

본 발명에 따른 손을 포함하는 휴머노이드 로봇도 본 발명의 주제이다.

휴머노이드 로봇은 인체와 유사성을 나타내는 로봇으로 이해되어야 한다. 이는 신체의 상부일 수 있고, 또는 인간의 손에 비유될 수 있는 클램프로 끝나는 관절식 팔일 수도 있다. 본 발명에서, 로봇의 손의 작동은 인간의 손의 작동과 유사하다. 본 발명에 따른 손은 손가락의 움직임 및 손가락이 물체에 가할 수 있는 힘에 의해 물체를 잡을 수 있다.

본 발명은 예로서 주어진 실시예의 상세한 설명을 판독할 때 보다 양호하게 이해될 것이고 다른 장점들도 명확해질 것이며, 설명은 첨부 도면에 의해 예시된다.

도 1은 휴머노이드 로봇용 손의 사시도를 도시한다.
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 손의 스프레더를 상이한 평면도로 도 2a는 정면(frontal plane, 126), 도 2b는 수평면(horizontal plane, 127), 도 2c는 수직면(vertical plane, 127)이다.
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 물체를 잡은 손을 도시한다.
도 4는 다른 물체를 잡은 손을 도시한다.
도 5, 도 6 및 도 7은 손의 복수의 변형예의 사시도이다.
도 8은 손바닥 측에서 본 개방된 손을 도시한다.
도 9는 본 발명의 손을 구현하는 휴머노이드 로봇을 도시한다.

명확성을 위해, 여러 도면에서 동일한 요소는 동일한 식별 부호를 갖는다.

도 1은 휴머노이드 로봇용 손(10)을 도시한다. 손(10)은 손바닥(11) 및 5개의 손가락(13 내지 17)을 포함한다. 손가락은 물체가 손가락(13 내지 17) 사이에 파지될 수 있도록 손바닥(11)에 관절로 연결된다. 인간의 손과 같이, 손가락(13)은 엄지손가락이다. 손으로 잡힌 물체는 엄지손가락(13)과 다른 손가락(14 내지 17) 사이에 유지된다. 본 발명은 5개의 손가락을 갖는 손에 한정되지 않는다. 손가락의 개수는 손의 구조를 단순화하기 위해 감소될 수 있거나 또는 손가락의 개수는 특정 물체가 파지될 수 있도록 증가될 수도 있다.

보다 일반적으로, 본 발명의 손은 물체를 잡을 수 있는 클램프로 형성될 수 있다. 클램프는 잡힌 물체와 복수의 접촉 지점을 허용하는 적어도 2개의 관절 연결된 손가락을 포함한다. 이러한 관절 연결된 손가락과 다르게, 고정된 손가락 또는 바로 손의 손바닥을 배치하는 것도 가능하다.

본 발명에 따르면, 손(10)은 복수의 손가락에 공유되는(common) 액추에이터와, 액추에이터에 의해 가해진 힘을 손가락으로 분배할 수 있는 스프레더를 포함한다. 도 1에 도시된 예에서, 손(10)은 2개의 액추에이터(101, 102) 및 2개의 스프레더(103, 104)를 포함한다. 액추에이터(101)는 타이 로드(105)에 의해 스프레더(103)에 연결되고, 액추에이터(102)는 타이 로드(106)에 의해 스프레더(104)에 연결된다. 스프레더(103)는 타이 로드(107, 108, 109, 110)를 통해 4개의 손가락(14 내지 17)에 각각 힘을 가할 수 있다. 유사하게, 스프레더(104)는 타이 로드(117, 118, 119, 120)를 통해 4개의 손가락(14 내지 17)에 각각 힘을 가할 수 있다.

액추에이터(101, 102)는 실린더와 같은 선형 액추에이터일 수 있다. 본 발명의 범주에서 예컨대 원형 액추에이터 또는 인공 근육과 같은 임의의 다른 유형의 액추에이터가 구현될 수 있다.

도 1에 도시된 예에서, 스프레더(103, 104)는 집게손가락(14), 가운데손가락(15), 넷째손가락(16) 및 새끼손가락(17)을 나타내는 4개의 손가락으로 힘을 분배할 수 있다. 또한 엄지손가락(13)을 분배에 포함하는 것도 가능하다. 보다 일반적으로, 스프레더 또는 스프레더(103, 104)들은 액추에이터 또는 액추에이터(101, 102)들에 의해 가해진 힘을 엄지손가락(13) 및 적어도 하나의 다른 손가락(14 내지 17)으로 분배할 수 있다.

2개의 스프레더(103, 104) 각각은 관련된 액추에이터에 의해 가해진 힘이 향하고 손(10)의 손바닥이 주로 연장되는 방향을 포함하는 수평면에서 주로 연장된다.

손가락은 2개의 타이 로드에 의해, 예컨대 집게손가락(14)은 타이 로드(107, 117)에 의해 구동될 수 있는데, 하나는 손가락(14)을 연장시키고 다른 하나는 손가락을 접게 한다. 이 때 2개의 타이 로드(107, 117)는 조화된 방식으로 작동한다. 액추에이터(101, 102)도 또한 조화된 방식으로 작동한다. 타이 로드(105, 106) 중 하나를 당기고 동시에 다른 하나를 미는 단일의 액추에이터를 사용할 수 있다. 손(10)은 손가락(14, 15, 16, 17) 각각을 동력화할 수 있는 2개의 스프레더(103, 104)를 포함한다. 스프레더(103)는 스프레더에 연결된 손가락을 연장시켜 손(10)을 개방할 수 있다. 스프레더(104)는 스프레더에 연결된 손가락을 접어 손(10)을 접을 수 있다.

손(10)의 손바닥(11)에 연결된 참조 프레임이 정의된다. 손바닥은 수평면면(125)에서 연장된다. 손가락(14 내지 17)이 완전히 펼쳐지거나 또는 개방되면, 손가락은 수평면(125)에서 연장된다. 도 1에 도시된 구성에서, 스프레더(103, 104)는 수평면(125)에서 연장된다. 타이 로드(105, 106)도 또한 수평면(125)에서 연장된다. 결과적으로, 액추에이터(101, 102)에 의해 힘이 가해지는 방향은 면(125)에 포함된다.

액추에이터(101, 102)에 의해 가해진 힘이 향하는 방향 및 수평면(125)에 직각인 정면(126)이 정의된다.

마지막으로, 면(125, 126)에 직각인 수직면인 제3면(127)이 정의된다. 손가락(14 내지 17)이 접히거나 연장되면, 지골은 본질적으로 수직면에서 변위된다.

도 2a는 스프레더 중 하나, 예컨대 정면에서 돌출된 스프레더(103)를 도시한다.

도 2b는 수평면에 돌출된 동일한 스프레더(103)를 도시하고, 도 2c는 수직면의 스프레더(103)를 도시한다.

스프레더(103)는 주로 수평면에서 연장된다. 그러나 스프레더는 상기 면에 대해 소정의 곡률을 가질 수 있다. 상기 곡률은 도 2a에서 명확히 도시된다. 상기 도면은 스프레더(103) 상의 상이한 힘들의 작용점의 정면에서 투영부를 도시한다. 보다 구체적으로, 타이 로드(105, 107, 108, 109, 110)는 단부에 크림핑(crimped)또는 몰딩된 돌기(outgrowth)(135, 137, 138, 139, 140)를 각각 갖는 케이블일 수 있다. 각 케이블의 돌기는 스프레더(103)에 생성된 채널에 유지된다. 힘의 작용점은 스프레더(103)와 돌기의 접촉 지점이다. 액추에이터(101)에 의해 스프레더(103)에 가해진 힘은 F5로 표시된다. 손가락(14, 15, 16, 17)에 의해 가해진 힘은 각각 F1, F2, F3, F4로 표시된다. 타이 로드(105)를 통해 액추에이터(101)에 의해 가해진 힘의 작용점은 식별 기호(145)를 갖는다. 타이 로드(107)에 의해 가해진 힘의 작용점은 식별 기호(147)를 갖는다. 타이 로드(108)에 의해 가해진 힘의 작용점은 식별 기호(148)를 갖는다. 타이 로드(109)에 의해 가해진 힘의 작용점은 식별 기호(149)를 갖고, 타이 로드(110)에 의해 가해진 힘의 작용점은 식별 기호(150)를 갖는다.

정면(126)에서, 정면(126)과 수평면(125)의 교차부에 직각인 수직 방향(142)이 정의된다. 유리하게는 액추에이터(101)에 의해 가해진 힘의 작용점(145)의 투영부는 실질적으로 손가락(14 내지 17)에 의해 가해진 힘의 작용점(137 내지 140)의 투영부의 중심에 위치된다.

보다 구체적으로, 수직 방향(142)에서, 작용점(145)의 투영부의 가로 좌표(abscissae)가 원점(origin)으로 정의된다. 작용점(147 내지 150)의 투영부의 가로 좌표값(abscissae)의 합은 0이다. 손가락(14 내지 17)에 의해 가해진 힘(F1 내지 F4)의 스프레더(103) 상의 작용점(147 내지 150)의 수직 방향(142)의 투영부는 모두 일치하는 것은 아니다.

스프레더(103) 상의 힘(F1 내지 F5)의 상이한 작용점들의 이와 같은 상대적인 위치는 손(10)의 손바닥(11)에서 스프레더(103)의 안정된 위치를 유지할 수 있도록 한다. 사실상, 스프레더(103) 상의 손가락에 의해 가해진 힘(F1 내지 F4)은 손(10)으로 잡은 물체의 형태에 따라 변할 수 있다. 이와 같이 정의된 스프레더(103) 상의 힘(F1 내지 F5)의 상이한 작용점들의 상대적인 위치는 수평면(125)에 대해 실질적으로 일정한 상대적 위치에 스프레더(103)를 유지할 수 있도록 한다. 스프레더(103)는 실질적으로 수평면(125)이 포함하는 방향으로 이동하여 변위될 수 있다.

또한, 도 2b에 도시된 바와 같이 정면 방향(152)이 정의된다. 방향(152)은 액추에이터(101)에 의해 가해진 힘(F5)이 향하는 방향에 평행하다. 정면 방향(152)에서, 액추에이터(101)에 의해 가해진 힘(F5)의 스프레더(103) 상의 작용점(145)의 투영부가 원점으로 간주되고, 액추에이터(101)가 스프레더(103)를 당기는 방향이 양의 방향으로 간주된다. 손가락(14 내지 17)에 의해 가해진 힘(F1 내지 F4)의 스프레더(103) 상의 작용점(147 내지 150)의 투영부의 가로 좌표값은 모두 음의 값이다.

스프레더(103) 상의 힘(F1 내지 F5)의 상이한 작용점들의 이와 같은 상대적인 위치는 손(10)의 손바닥(11)에서 스프레더(103)의 임의의 충돌(butting)을 방지할 수 있다.

마지막으로, 방향(142, 152)에 직각인 제3 방향(162)이 정의될 수 있다. 방향(162)에서, 액추에이터(101)에 의해 가해진 힘의 작용점(145)의 투영부는 실질적으로 작용점(148, 149)의 투영부의 중앙에 위치되는 것이 바람직하다. 유사하게, 방향(162)에서, 작용점(145)의 투영부는 실질적으로 작용점(147, 150)의 투영부의 중앙에 위치되는 것이 바람직하다. 즉, 방향(162)에서, 작용점(145)의 투영부를 다른 투영부과 분리하는 복수의 간격이 정의되는데, 작용점(148)의 투영부를 L1, 작용점(149)의 투영부를 L2, 작용점(147)의 투영부를 L3, 작용점(150)의 투영부를 L4라 하면, L1=L2 및 L3=L4 이다.

작용점(145)의 위치를 2개씩 쌍을 지은 손가락의 중앙에 준수함으로써 액추에이터(101)의 힘을 상이한 손가락(14 내지 17) 쪽으로 균형 잡힌 방식으로 분배할 수 있다. 즉, 주어진 당김힘이 액추에이터(101)에 의해 작용되는 경우, 4개의 손가락(14 내지 17) 각각에 가해진 힘은 액추에이터(101)에 의해 가해진 힘의 1/4에 해당한다.

스프레더(103)에 연결된 손가락의 개수에 무관하게 이러한 구조를 일반화할 수 있다. 보다 구체적으로, 방향(162)에서, 액추에이터(101)에 의해 가해진 힘의 작용점(145)의 투영부는 스프레더(103)에 연결된 손가락(14 내지 17)에 의해 가해진 힘의 작용점의 투영부의 중심에 위치된다.

스프레더에 연결된 상이한 손가락의 힘을 균형있게 분배함으로써 단일의 액추에이터(101)에 의해서도, 인간과 유사하도록 물체의 형태에 무관한 파지를 구현할 수 있다.

도 3a, 도 3b, 도 3c는 예컨대 휴대폰과 같은 직사각형 물체(165)를 잡고 있는 손(10)을 도시한다. 5개의 손가락(13 내지 17)은 물체(165)와 접촉한다. 물체(165)의 형태는 스프레더(103, 104)에 연결된 손가락(14 내지 17) 각각이 상이하게 접힐 것을 요구한다. 보다 구체적으로, 집게손가락(14)은 약간 접히지만, 반대로 새끼손가락(17)은 많이 접힌다. 물체를 잡지 않는 도 1에서는, 스프레더(103, 104)에 연결된 손가락(14 내지 17)은 실질적으로 동일한 방식으로 접힌다. 물체(165)가 존재하게 되면 손가락(14 내지 17) 각각에 의해 가해진 실질적으로 일정한 힘을 물체(165)에 유지하면서 손가락(14 내지 17)의 접힘이 변경된다.

물체(165)에 대해 조정되도록 스프레더(103, 104) 간에 회전이 공급된다. 이러한 회전은 물체를 잡지 않은 도 1과 물체(165)가 있는 도 3a-도 3c 간에 볼 수 있다. 하나 또는 2개의 스프레더가 존재함으로써 손이 파지될 물체의 형태에 적응할 수 있다.

도 4는 예컨대 비커와 같은 원형 물체(166)를 파지하고 있는 손(10)을 도시한다. 물체(166)는 5개 손가락 중에서 3개의 손가락에 의해서만 유지된다. 물체(166)는 엄지손가락(13)에 의해 일 측면이 유지되고 집게손가락(14) 및 가운데손가락(15)에 의해 다른 측면이 유지된다. 스프레더(103, 104)에 의해, 다른 2개의 손가락(16, 17)은 예컨대 손(10)의 손바닥에 대해 인접하게 되도록 완전히 접힌다. 비커(166)와 같은 물체의 경우는 손가락(14 내지 17)에 의해 가해진 힘의 균등성이 완전하지 않다. 그러나 여러 손가락(14 내지 17)의 힘은 스프레더가 없는 경우보다 더 균형을 이룬다.

일반적으로, 스프레더를 구현함으로써 이 스프레더와 관련된 액추에이터에 의해 가해진 힘을 상이한 손가락들에 걸쳐 분배할 수 있다. 따라서, 상이한 손가락들은 물체의 형태가 가변적일지라도 손으로 잡은 물체에 실질적으로 일정한 힘을 가할 수 있다.

대안적으로, 액추에이터(101)의 작용점(145)을 손가락(14 내지 17)에 연결된 타이 로드의 작용점(147 내지 150)의 에 위치시킴으로써 얻어지는 평형 상태에서 벗어나는 것이 가능하다. 예컨대 작용점(145)을 집게손가락(14) 쪽으로 변위시켜 집게손가락(14)에 더 큰 힘을 분배할 수 있다. 집게손가락(14)은 다른 손가락들보다 먼저 접히는 경향이 생길 것이다. 이 때 집게손가락(14)은 잡힌 물체에 다른 손가락보다 더 큰 힘을 가하게 된다.

실시예에서, 손(10)의 집게손가락의 작용점(147)을 액추에이터(101)의 작용점(145)과 정렬시키는 것이 가능하다. 이로써 물체가 엄지손가락(13)과 집게손가락(14) 사이에서만 파지되는 것이 보장될 수 있다.

도 5는 듀얼 액팅(dual-acting) 액추에이터(170)가 2개의 스프레더(103, 104)에 작용하는 손(10)의 변형예를 도시한다. 도 1의 실시예에 도시된 2개의 타이 로드(105, 106)는 2개의 단부가 각각 스프레더(103, 104) 중 하나에 고정된 케이블(171)로 대체된다. 보다 구체적으로, 케이블의 일 단부는 돌기(135)로 형성된다. 도 5에 도시되지 않는 케이블(171)의 다른 단부는 유사하고 스프레더(104)에 고정된다. 액추에이터(170)는 2개의 스프레더(103, 104)에 공유된다. 액추에이터(170)는 예컨대 풀리(172)를 회전 구동하는 회전 액추에이터이다. 케이블(171)은 풀리(172) 상에 권취된다. 풀리(172)의 회전에 의해 케이블(171)이 변위되고, 케이블은 스프레더(103, 104) 중 하나를 당기고 다른 하나를 밀게 된다.

2개의 스프레더(103, 104)가 실질적으로 평행하면, 케이블(171)은 풀리(172)의 직경의 대략 절반에 걸쳐 풀리(172)와 접촉한다. 케이블(171)이 풀리(172) 상에 권취되면 풀리(172)와 접촉하는 케이블(171)의 길이의 함수인 토크를 전달할 수 있다. 전달된 토크는 풀리(172)에 대한 케이블(171)의 마찰 계수 및 이에 따라 케이블(171) 및 풀리(172)에 대해 선택되는 접촉하는 재료의 본질의 함수이기도 하다. 손가락(14 내지 17)에 토크 리미터 및 이에 따라 힘의 리미터를 생성하도록 이러한 재료를 한정할 수 있다. 예컨대 손가락(14 내지 17)에 상당한 외력이 작용되면, 특히 액추에이터(170)를 보호하기 위해 케이블(171)이 풀리(172)에 대해 미끄러지도록(slip) 허용할 수 있다.

대안적으로, 특히 액추에이터(170)에 손가락(14 내지 17)의 위치를 결정할 수 있는 위치 센서가 제공되면, 풀리(172)에 대한 케이블(171)의 임의의 미끄러짐을 방지할 요구가 존재할 수 있다. 임의의 미끄러짐을 방지하기 위해, 예컨대 풀리(171) 주위에 일 회전 초과만큼 케이블(171)을 권취할 수 있다. 케이블(171)을 풀리에 고정할 수도 있다.

도 6은 케이블(175) 및 듀얼 액팅 액추에이터(176)에 의해 작동되는 단일의 스프레더(103)만을 갖는 손(10)의 다른 변형예를 도시한다. 각 손가락(14 내지 17)은 예컨대 손가락(14 내지 17)을 접힌 또는 연장된 극단 위치에 유지하는 경향이 있는 스프링과 같은 탄성 요소를 포함한다. 스프레더(103)를 통해, 액추에이터(176)는 각 손가락이 그 극단 위치에서 벗어나게 할 수 있다. 예컨대, 스프링에 의해 연장된 위치에 유지되는 손가락(14 내지 17)은 액추에이터(176)에 의해 접히게 된다.

도 7은 리턴 스프링이 모든 손가락(14 내지 17)에 공유되는 도 6의 변형예를 도시한다. 이 변형예는 다시 2개의 스프레더(103, 104)를 갖는다. 도 6의 변형예에서와 같이, 스프레더(103)는 케이블(175)을 통해 액추에이터(176)에 연결된다. 또한, 스프레더(104)는 스프링(178)을 통해 손바닥(11)의 몸체에 연결된다. 따라서, 액추에이터(176)가 스프레더(103)를 당기면, 손가락(14 내지 17)에 공유되는 복원력이 스프레더(104)에 의해 작용된다. 복원력이 스프레더(104)에 의해 손가락(14 내지 17)에 걸쳐 분배된다.

다른 구성은 손가락(14 내지 17)의 상이한 지골에 각각 작용하는 2개의 스프레더(103, 104)를 사용하는 것이다. 여기서 2개의 액추에이터(101, 102)는 독립적이다.

도 5, 도 6 및 도 7에 도시된 변형예에서, 액추에이터(170, 176)는 스프레더 또는 스프레더(103, 104)들에 무관하게 엄지손가락(13)에 힘을 가한다.

이를 위해, 도 5의 변형예에서, 액추에이터(170)는 엄지손가락(13)에 힘을 전달할 수 있는 케이블(181)이 권취되어 있는 제2 풀리(180)를 회전 구동한다. 케이블(171)과 같이, 케이블(181)은 엄지손가락(13)을 접고 연장시킬 수 있다. 액추에이터(170)와 엄지손가락(13) 사이에 그 방향을 변경시키도록 케이블(181)이 가압하는 제2 자유 풀리(182)를 제공할 수 있다. 풀리(172, 180)에 각각 관련되는 케이블(171, 181)은 액추에이터(170)의 동일한 회전 시 엄지손가락(13) 및 다른 손가락(14 내지 17)을 접도록 구성된다. 액추에이터(170)의 역회전에 의해 엄지손가락(13) 및 다른 손가락(14 내지 17)을 연장시킬 수 있다. 따라서, 단일의 액추에이터에 의해, 잡을 물체에 대해 손(10)을 접거나 또는 개방할 수 있다.

엄지손가락(13) 및 다른 4개의 손가락(14 내지 17)이 동일한 액추에이터에 의해 제어되는 이러한 구성은 도 6 및 도 7의 다른 실시예로 변형될 수 있다. 따라서, 도 6의 변형예에서, 엄지손가락(13)은 스프레더(103)와 무관하게 액추에이터(176)에 연결된 케이블(185)에 의해 작동된다. 도 7의 변형예에서는, 스프링(188)에 의해 엄지손가락(13)에 복원력이 가해진다. 이러한 복원력은 케이블(185)에 의해 가해진 힘에 반대된다.

유리하게는, 손(10)은 스프레더 또는 스프레더(103, 104)들의 변위를 제한하는 스톱부(stop)를 포함한다. 스톱부(161, 162)는 예컨대 손바닥(10)에서 손가락(14, 17) 레벨에 형성된다. 스프레더(103, 104)는 대응되는 타이 로드가 이동 단부에 있을 때 하나의 스톱부 또는 2개의 스톱부(161, 162)에 지지된다. 보다 구체적으로, 스프레더(104)는 집게손가락(14)이 원하는 최대로 연장되면 스톱부(161)에 지지되게 된다. 스프레더(104)가 스톱부(161)에 지지되면 집게손가락(14)이 그 연장된 위치를 넘어 되접히는(turn back) 것이 방지된다. 이러한 되접힘은 인체 조직에서 지골 관절 중 하나의 탈골와 유사하다. 즉, 스톱부에 지지되면 관련 손가락의 관절의 각진 이동을 제한할 수 있다. 스프레더(104)가 스톱부(162)에 지지되면 마찬가지로 새끼손가락(17)의 연장을 제한할 수 있다. 끝쪽 손가락(14, 17) 레벨에 위치된 2개의 스톱부(161, 162)는 스프레더(104)에 관련된 모든 손가락의 연장을 제한하기에 충분하다. 유사하게, 스프레더(103)는 또한 손가락(14 내지 17)의 접힘을 제한하기 위해 스톱부(161, 162)에 지지될 수 있다.

도 8은 손바닥 측에서 본 개방된 손을 도시한다. 이 도면은 스프레더에 연결된 손가락의 작용점의 위치 및 손가락의 상호 방향을 설명할 수 있다. 보다 구체적으로, 도 2b를 사용하여, 정면 방향(152)에 대해, 스프레더(103)의 작용점(147 내지 150)의 투영부의 가로 좌표값이 모두 음의 값이라는 것을 설명한 바 있다. 가로 좌표의 원점은 액추에이터에 의해 작용되는 힘의 작용점(145)의 투영부가다. 정면 방향(152)의 작용점(147 내지 150)의 투영부의 상이한 가로 좌표를 구분함으로써 보다 양호하게 인체 구조에 근접할 수 있다. 보다 구체적으로, 절대값으로, 새끼손가락(17)에 의해 가해진 힘(F4)의 작용점(150)의 가로 좌표값이 가장 작다. 절대값으로, 가운데손가락(15)에 의해 가해진 힘(F2)의 작용점(148)의 가로 좌표값이 가장 크다. 절대값으로, 집게손가락(14) 및 넷째손가락(16)에 의해 가해진 힘(F1, F3)의 작용점(147, 149)의 가로 좌표값은 작용점(148, 150)의 가로 좌표값 사이에 있는 중간값을 갖는다.

유리하게는, 스프레더에 연결된 4개의 손가락(14 내지 17)은 동일하다. 이로써 손가락을 구성하는 기계적 부품을 표준화함으로써 그 제작을 단순화할 수 있다. 인간의 손은 그렇지 않지만, 손(10)의 손가락은 동일할지라도, 작용점(147 내지 150) 및 이에 따라 손바닥(11)에 대한 손가락의 부착을 스태거링(staggering)함으로써, 손(10)이 손가락(14 내지 17)의 단부의 배치와 관련해서 인체 구조에 근접할 수 있다.

또한, 손가락이 접혀질 때 각 손가락의 단부가 서로를 향해 이동되는 경향이 있도록 4개의 손가락(14 내지 17) 정면에서 다른 방향으로 향하도록 할 수 있다. 보다 구체적으로, 힘(F5)이 작용되는 방향에 대해, 관련 손가락의 작용점이 힘(F5)이 작용되는 방향에서 벗어나면, 관련 스프레더에 연결된 손가락이 연장되는 방향은 더욱더 각지게 개방된다. 손가락이 연장되는 방향은 손가락이 연장될 때의 손가락의 주요 방향으로 이해되어야 한다. 도시된 예에서, 가운데손가락 및 넷째손가락은 힘(F5)이 작용되는 방향과 대략 6°의 각을 각각 형성하는 방향으로 연장된다. 넷째손가락(16) 및 새끼손가락(17)은 이들 사이에 대략 12°의 각을 형성하는 방향으로 연장된다. 유사하게, 집게손가락(14) 및 가운데손가락(15)은 이들 사이에 대략 12°의 각을 형성하는 방향으로 연장된다. 접을 때, 손가락의 단부들은 서로를 향해 이동하고, 이는 4개의 손가락(14 내지 17)과 엄지손가락(13) 간의 파지를 용이하게 한다. 명백하게는, 이들 각 값들은 오직 예로서 주어진다. 물론 다른 값들도 가능하다.

도 8은 2개의 손(10)을 갖는 휴머노이드 로봇(200)을 도시한다.

10: 손
11: 손바닥
13 내지 17: 손가락
101, 102: 액추에이터
103, 104: 스프레더

Claims

손바닥과, 손바닥에 대해 동력화되는 복수의 손가락을 포함하는 휴머노이드 로봇용 손에 있어서,
상기 손은, 상기 복수의 손가락에 공유되는 액추에이터와, 액추에이터에 의해 가해진 힘을 손가락으로 분배할 수 있는 스프레더를 더 포함하고,
액추에이터에 의해 가해진 힘이 향하는 방향에 직각인 정면에서, 액추에이터에 의해 가해진 힘의 스프레더 상의 작용점의 투영부 및 손가락에 의해 가해진 힘의 스프레더 상의 작용점의 투영부가 정의되고,
정면에서, 액추에이터에 의해 가해진 힘이 향하고 손의 손바닥이 주로 연장되는 방향을 포함하는 수평면과 정면의 교차부에 직각인 수직 방향이 정의되고,
수직 방향에서, 액추에이터에 의해 가해진 힘의 스프레더 상의 작용점의 투영부는 복수의 손가락에 의해 가해진 힘의 스프레더 상의 각 작용점들의 각 투영부의 중심에 위치되고, 복수의 손가락들에 의해 가해진 힘의 스프레더 상의 작용점들의 각 투영부 모두가 일치하는 것은 아닌 것을 특징으로 하는 휴머노이드 로봇용 손.
제1항에 있어서, 액추에이터에 의해 가해진 힘이 향하고 손의 손바닥이 주로 연장되는 방향을 포함하는 수평면에서, 액추에이터에 의해 가해진 힘의 스프레더 상의 작용점의 투영부 및 손가락에 의해 가해진 힘의 스프레더 상의 작용점의 투영부가 정의되고, 액추에이터에 의해 가해진 힘이 향하는 방향에 평행인 정면 방향이 정의되고,
정면 방향에서, 액추에이터에 의해 가해진 힘의 스프레더 상의 작용점의 투영부를 원점으로 간주하고, 액추에이터가 스프레더를 당기는 방향을 양의 방향으로 간주하여, 복수의 손가락에 의해 가해진 힘의 스프레더 상의 각 작용점들의 각 투영부들의 가로 좌표(abscissae)값은 모두 음의 값인 것을 특징으로 하는 휴머노이드 로봇용 손.
제2항에 있어서, 상기 복수의 손가락은 스프레더에 연결된 4개의 손가락이고, 제1 손가락은 집게손가락을 형성하고, 제2 손가락은 가운데손가락을 형성하고, 제3 손가락은 넷째손가락을 형성하고, 제4 손가락은 새끼손가락을 형성하고,
정면 방향에 대해 절대값(absolute value)으로, 새끼손가락에 의해 가해진 힘의 작용점의 가로 좌표값이 가장 작고, 가운데손가락에 의해 가해진 힘의 작용점의 가로 좌표(abscissae) 값이 가장 크고, 집게손가락 및 넷째손가락에 의해 가해진 힘의 작용점의 가로 좌표(abscissae) 값은 중간값을 갖는 것을 특징으로 하는 휴머노이드 로봇용 손.
제3항에 있어서, 상기 스프레더에 연결된 4개의 손가락은 서로 동일한 구성인 것을 특징으로 하는 휴머노이드 로봇용 손.
제4항에 있어서, 액추에이터에 의해 가해진 힘이 향하고 손의 손바닥이 주로 연장되는 방향을 포함하는 수평면에서, 액추에이터에 의해 가해진 힘의 스프레더 상의 작용점의 투영부 및 손가락에 의해 가해진 힘의 스프레더 상의 작용점의 투영부가 정의되고,
수평면(horizontal plane)에서 액추에이터에 의해 가해진 힘이 향하는 방향(정면 방향)과 직각인 제3의 방향에서, 액추에이터에 의해 가해진 힘의 작용점의 투영부가 스프레더에 연결된 복수의 손가락에 의해 가해진 힘의 각 작용점들의 각 투영부들의 중심에 위치되는 것을 특징으로 하는 휴머노이드 로봇용 손.
제1항에 있어서, 상기 스프레더는 액추에이터에 의해 가해진 힘이 향하고 손의 손바닥이 연장되는 방향을 포함하는 수평면에서 연장되는 것을 특징으로 하는 휴머노이드 로봇용 손.
제1항에 있어서, 상기 액추에이터는 듀얼 액팅 액추에이터이고, 상기 스프레더는 듀얼 액팅 액추에이터에 연결된 단일의 스프레더인 것을 특징으로 하는 휴머노이드 로봇용 손.
제1항에 있어서, 상기 스프레더는 듀얼 액션에 의해 각 손가락을 동력화할 수 있는 2개의 스프레더인 것을 특징으로 하는 휴머노이드 로봇용 손.
제8항에 있어서, 상기 액추에이터는 상기 2개의 스프레더에 공유되는 듀얼 액팅 액추에이터인 것을 특징으로 하는 휴머노이드 로봇용 손.
제9항에 있어서, 상기 2개의 스프레더에 공유되는 듀얼 액팅 액추에이터는 상기 2개의 스프레더에 공유되는 액추에이터에 의해 회전 구동되는 풀리에 권취되는 케이블을 통해 상기 2개의 스프레더에 작용하는 것을 특징으로 하는 휴머노이드 로봇용 손.
제1항에 있어서, 상기 스프레더의 변위를 제한하는 스톱부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴머노이드 로봇용 손.
제1항에 있어서, 상기 복수의 손가락은 엄지손가락을 더 포함하고,
상기 액추에이터는 상기 스프레더와 무관하게 엄지손가락에 힘을 가하는 것을 특징으로 하는 휴머노이드 로봇용 손.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 휴머노이드 로봇용으로 제작된 손을 포함하는 것을 특징으로 하는 휴머노이드 로봇.