KR102478599B1 - 탄성부재를 이용한 글러브 - Google Patents

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Abstract

탄성부재를 이용한 글러브는 손가락에 결합될 수 있는 손가락 고정부와, 와이어를 고정시킬 수 있는 제 1 와이어 고정부로 구성된 손가락 지지대, 상기 제 1 와이어 고정부에 연결된 와이어와 결합되어 회전하여 손가락의 회전을 인식할 수 있는 엔코더 값을 생성하는 엔코더 및 와이어를 지지하는 와이어 지지대로 구성되는 손등 지지대, 상기 손가락 지지대 및 상기 손등 지지대 사이에 배치되어 상호 연동되며 회전하는 회전축을 포함하는 손 구동부와, 일단은 손 구동부의 와이어측과 연결되고, 타측은 통합 제어부의 와이어측과 연결되는 탄성부재 및, 상기 손가락 지지대 및 상기 손등 지지대 사이에 연결되며, 상기 탄성부재를 감싸는 탄성부재 케이스로 구성된 연결부; 및 상기 탄성부재와 연결된 와이어와 연결되어, 와이어의 길이를 조절하는 모터, 상기 모터를 제어하여 와이어의 길이를 조절하여 상기 탄성 부재의 탄성력을 조절하는 제어부를 구성되는 통합제어부를 포함한다.

Description

탄성부재를 이용한 글러브{GLOVE USING ELASTIC MEMBER}
본 발명은 탄성 부재 및 와이어를 이용하여 손가락에 전달되는 힘을 조절하는 글러브에 관한 것이다.
최근 인간의 역할을 대신할 수 있는 인간형 로봇(안드로이드 및 휴머노이드)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
이러한 인간형 로봇이 사회의 일원으로 주어진 작업을 수행하기 위해서는 자연스러운 운동 기능을 구현할 수 있는 로봇 관절이 필요하다.
로봇 관절의 일예로 모터를 관절에 직접 부착하는 방식이 있으며, 이러한 방식은 동력 전달력이 우수하고 내구성이 좋은 장점이 있지만, 공간을 많이 차지하는 단점이 있다.
이러한 단점을 극복하기 위하여 와이어를 이용하는 텐던(tendon) 방식의 로봇 관절이 개발되었다.
로봇 개발과는 별개로 사람의 손에 적용할 수 있는 다양한 형태의 글러브에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다.
본 발명은 탄성 부재, 와이어 및 엔코더 등을 이용하여 사람의 손가락에 가해지는 힘을 자동으로 조절 할 수 있는 글러브를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 탄성부재를 이용한 글러브는 손가락에 결합될 수 있는 손가락 고정부와, 와이어를 고정시킬 수 있는 제 1 와이어 고정부로 구성된 손가락 지지대, 상기 제 1 와이어 고정부에 연결된 와이어와 결합되어 회전하여 손가락의 회전을 인식할 수 있는 엔코더 값을 생성하는 엔코더 및 와이어를 지지하는 와이어 지지대로 구성되는 손등 지지대, 상기 손가락 지지대 및 상기 손등 지지대 사이에 배치되어 상호 연동되며 회전하는 회전축을 포함하는 손 구동부와, 일단은 손 구동부의 와이어측과 연결되고, 타측은 통합 제어부의 와이어측과 연결되는 탄성부재 및, 상기 손가락 지지대 및 상기 손등 지지대 사이에 연결되며, 상기 탄성부재를 감싸는 탄성부재 케이스로 구성된 연결부; 및 상기 탄성부재와 연결된 와이어와 연결되어, 와이어의 길이를 조절하는 모터, 상기 모터를 제어하여 와이어의 길이를 조절하여 상기 탄성 부재의 탄성력을 조절하는 제어부를 구성되는 통합제어부를 포함한다.
본 발명은 손목 굼힘을 인식하고 그에 대응되게 탄성부재를 조절하여 손가락에 전달되는 힘을 조절함으로써, 손가락에 적절한 힘을 전달하여 손을 이용한 작업을 더욱 용이하게 할 수 있도록 도와줄 수 있다.
또한, 보호재를 이용하여 기판 등을 둘러쌈으로써, 외부에서 가해지는 충격을 완화시킬 수 있다.
또한, 먼지제거부를 이용하여 통합제어부 내부에 포함된 먼지 등을 제거함으로써, 먼지를 인해 발생할 수 있는 스파크의 발생을 완화할 수 있을 뿐만 아니라 이로 인해 발생할 수 있는 전자 부품의 고장을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 손 구동부를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성부재를 이용한 글러브를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 통합제어부를 설명하기 위한 도면이다.
도 4, 도 5 및 도 6는 도 3에 따른 먼지제거부를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 4에 따른 먼지제거부의 제 3 판을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 보호재에 대한 단면도이고, 도 9는 도 4의 보호재에 대한 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 손 구동부를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참호하면, 손 구동부(100)는 손가락 지지대(110), 회전축(113) 및 손등 지지대(114)를 포함할 수 있다.
손가락 지지대(110)는 손가락에 결합될 수 있는 손가락 고정부(111) 및, 와이어를 고정시킬 수 있는 제 1 와이어 고정부(112)가 기계적으로 결합될 수 있다. 손가락 고정부(110)는 손가락과 결합될 수 있는 다양한 형태일 수 있으며, 상기 손가락 지지대(110)의 하부에 형성될 수 있다. 제 1 와이어 고정부(112)는 와이어를 고정시킬 수 있는 다양한 형태로 형성될 수 있다.
회전축(113)은 손가락 지지대(110) 및 손등 지지대(114) 사이에 배치되어 상호 연동되며 회전할 수 있다.
손등 지지대(114)는 제 1 와이어 고정부(112)에 연결된 와이어와 결합되어 회전하여 손가락의 회전을 인식할 수 있는 엔코더 값을 생성하는 엔코더(115) 및 와이어를 지지하는 와이어 지지대(116)을 포함할 수 있다.
예를 들면, 엔코더(115)는 와이어가 감기고, 와이어가 이동함에 따라 회전할 수 있다. 엔코더(115)의 회전양을 이용하여 와이어의 변위를 알 수 있고, 와이어의 변위를 이용하여 엔코더 값('손가락의 굽힘 변위량')을 계산할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성부재를 이용한 글러브를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 탄성부재를 이용한 글러브는 손 구동부(100), 연결부(200) 및 통합제어부(300)를 포함한다.
손 구동부(100)는 손가락 지지대(110), 회전축(113) 및 손등 지지대(114)를 포함할 수 있다.
연결부(200)는 탄성부재(210) 및 탄성부재 케이스(220)을 포함한다.
탄성부재(210)는 일단은 손 구동부(100)의 와이어측과 연결되고, 타측은 통합제어부(300)의 와이어측과 연결될 수 있다.
탄성부재 케이스(220)는 손 구동부(100)와 통합제어부(300) 사이에 연결되며, 탄성부재(210)를 감쌀 수 있다.
탄성부재 케이스(220)는 길이 조절이 가능하게 이루어지는 주름형 케이스일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 통합제어부를 설명하기 위한 도면이다.
도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, 통합제어부(300)는 모터(310), 제어부(320), 먼지제거부(330) 및 공기순환부(340)를 포함할 수 있다.
모터(310)는 탄성부재(210)와 연결된 와이어와 연결되어, 와이어의 길이를 조절할 수 있다.
제어부(320)는 모터(310)를 제어하여 와이어의 길이를 조절하여 탄성 부재(210)의 탄성력을 조절할 수 있다. 제어부(320)는 탄성력을 크게하기 위해 와이어의 길이를 줄이거나 탄성력을 줄이기 위해 와이어를 풀는 등과 같이 와이어의 길이를 조절하여 탄성력을 조절할 수 있다. 예를 들면, 손가락에 힘을 주어야하는 경우, 제어부(320)는 모터(310)를 제어하여 와이어의 길이를 줄여서 탄성력을 증가시킬 수 있다. 반대로, 손가락에 힘을 빼어야하는 경우, 제어부(320)는 모터(310)를 제어하여 와이어의 길이를 늘려 탄성력을 감소시킬 수 있다.
제어부(320)는 엔코더(115)에서 생성되는 엔코더 값의 변화가 없는 상태('손가락의 회전이 없어 엔코더 값의 변화가 없는 상태')에서 탄성부재(210)에 탄성력이 증가('손목을 굽히는 상황에서 발생함')할 경우, 와이어를 풀어서 탄성 부재의 탄성력을 줄임으로써 기존의 탄성력을 유지할 수 있도록 할 수 있다.
먼지제거부(330)는 통합제어부(300)의 내부에서 이동하는 공기 내에 포함된 먼지를 제거할 수 있다.
공기순환부(340)는 먼지제거부의 후단에 배치되어, 통합제어부(300) 내부의 공기와 외부의 공기를 순환시켜, 내부열을 식힐 수 있다.
도 4, 도 5 및 도 6는 도 3에 따른 먼지제거부를 설명하기 위한 도면이다.
도 4, 도 5 및 도 6을 참조하면, 먼지제거부(330)는, 공기순환부(340)이 구동되어 생성되는 공기의 방향에 대하여 일정 각도로 경사지게 형성되는 복수의 제 1 판(330-1)와, 상기 제 1 판(33-1)로부터 굴절각을 가지고 연장 형성되는 복수의 제 2 판(330-2)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 일정각도와 상기 굴절각이 동일하여, 상기 제 2 판(330-2)은 공기의 진행 방향과 평행하게 설치 될 수 있다.
한편, 상기 복수의 판(330-1, 330-2)는, 판의 길이방향에 대하여 수직방향으로 설치되는 로드(미도시)에 의하여 상호 연결된다.
한편, 먼지제거부(330)는, 상기 제 1 판(330-1)과 제 2 판(330-2)의 연결점에 설치되고, 단면이 'W 형상'을 가지는 한 쌍의 제 3 판(330-3) 및 상기 제 2 판(330-2)의 종단부에 설치되고, 그 단면이 원호 형상이면서, 제 1 판(330-1) 방향으로 예각으로 기울어진 제 4 판(330-4)를 더 포함할 수 있다. 제 4 판(330-4)는 공기의 방향으로 기울어져 있으므로, 먼지가 제 4 판에 충돌된 후 위쪽 방향으로 날아가지 않고, 아래 방향으로 더 잘 떨어질 수 있도록 함으로써 먼지가 외부로 날아가는것을 방지할 수 있다. 위 판들에 의하여 먼지들이 포집되고, 이것들이 중력에 의하여 아래로 떨어지게 된다. 떨어진 먼지들은 별도의 관 또는 포집부(미도시)를 통해 통합제어부(300)의 외부로 배출될 수 있다.
보호재(400)는 제 2 판(330-2), 제 3 판(330-3) 및 제 4 판(330-4)의 일면에 형성될 수 있다. 여기서, 보호재(400)는 외부에서 가해지는 충격을 완화시킬 수 있다.
도 7은 도 4에 따른 먼지제거부의 제 3 판을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 제 3 판을 위쪽에서 바라본 단면도이다.
제 3 판(330-3)은 돌출부(500)를 포함할 수 있고, 돌출부(500)는 일측이 개구부인 곡선부(510)로 형성될 수 있다.
이러한 곡선부(510)는, 입구가 좁게 형성되는 형상으로 형성됨으로써, 공기가 인입되는 경우 내부 굴곡 구조를 따라 회전된 후 외부로 배출되는 효과를 부여할 수 있다. 이에 따라, 공기와 돌출부(500) 간의 충격이 더 많이 오랜시간 유지되므로 먼지제거 효과도 향상될 수 있다.
이러한 먼지 제거 효과를 보다 향상하기 위해, 공기가 인입되는 곡선부(510)의 굴곡면을 따라 관(520)이 형성되고, 관의 내부에는 갈고리 모양의 연장 돌출부(521) 및 미세 입자(522)를 포함할 수도 있다. 이에, 돌출부(520)에 이어 갈고리 모양의 연장 돌출부(521)에서 한번 더 사이클론 효과를 부여되고, 먼지가 미세 입자에 추가적으로 부딪히게 함으로써, 먼지 제거 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 보호재에 대한 단면도이고, 도 9는 도 4의 보호재에 대한 사시도이다.
도 4, 도 8 및 도 9를 참조하면, 제 1 층(610)은 보호재(400)의 베이스를 이루는 구성이다. 제 1 층(610)은 제1 영역을 한정한다. 상기 제1 영역은, 예를 들어 대체로 사각형의 영역일 수 있다.
제 1 층(610)은 주로 빛을 차단하거나 방수 특성도 갖도록 구성될 수 있다.
제 2 층(630)은 제 1 층(610)의 상면에 적층될 수 있다. 제 2 층(630)은 제 1 층(610)의 제 1 영역에 대응하여 그와 동일한 면적을 갖는 제2 영역을 한정할 수 있다. 상기 제2 영역 역시 제1 영역과 동일하게 사각 형태를 가질 수 있다. 이러한 제 2 층(630)은 제 1 층(610)과 밀착되며 내충격성 확보에서 주된 역할을 한다.
제 2 층(630)은 바디(631)와, 오목부(635)를 가질 수 있다. 바디(631)는 제 2 층(630)의 몸체를 이루는 부분이다. 오목부(635)는 바디(631)의 상면 측에서 오목 형성된 홈이다. 오목부(635)는 상기 제2 영역에서 복수 개로서 형성될 수 있다. 오목부(635)는 상기 제2 영역 내에 가로 및 세로 방향을 따라 등 간격으로 배치되는 매트릭스 배열을 이룰 수 있다.
오목부(635)는 형태적으로 바디(631)의 상면에서 하면을 향한 방향으로 경사지게 연장되는 홈일 수 있다.
제 3 층(650)은 제 1 층(630) 상에 적층되는 것이다. 제 3 층(650)은 상기 제2 영역과 동일한 면적의 제3 영역을 한정한다. 상기 제3 영역 역시 사각 형상을 가져서, 상기 제2 영역에 맞대응되게 배치될 수 있다. 그에 의해, 제 3 층(650)은 제 2 층(630)의 오목부(635)를 외부에 대해 밀폐하게 된다.
제 3 층(650)은 주로 피착 대상물과의 강한 접착력을 갖는 것이다. 이러한 제 3 층(650)은 제 2 층(630)과는 다른 특성을 가질 수 있다. 구체적으로, 제 3 층(650)은 제 2 층(630)과 같은 아크릴계 점착제이나 구체적 특성이 다소 차이가 있을 수 있다. 그에 의해, 제 2 층(630)이 상대적으로 하드(hard)한 특성을 가진다면, 제 3 층(650)은 상대적으로 소프트(soft)한 특성을 갖게 된다. 제 3 층(650)은 소프트한 특성을 강화하기 위해, 상대적으로 소프트한 특성의 바디(631)에 중공형 볼 입자(655)가 첨가된 것일 수 있다. 여기서, 볼 입자(655)는, 예를 들어 실리카일 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 보호재(400)에 충격(I)이 가해질 때, 그 충격은 보호재(400)의 수직 방향을 따라 작용하게 된다.
이때, 제 3 층(650)은 제 2 층(630) 보다 소프트하면서도, 내부에 볼 입자(655)를 함유하여, 보호재(400)의 충격(I)에 대한 1차적 흡수 능력이 강화되게 한다.
나아가, 제 2 층(630)은 바디(131)의 충격 흡수력에 더하여 오목부(635)가 에어 트랩(Air Trap)을 형성함으로써, 상기 충격(I)에 따른 힘을 2차적으로 흡수할 수 있게 된다. 여기서, 오목부(635)는 폭(W) 보다 깊이(D)가 몇 배 큰 구조를 가져서, 좌굴(buckling)에 의해 다소 변형되면서 위 충격이 보다 효과적으로 흡수될 수 있게 한다.
볼록부(615)는 제 1 층(610)의 바디(611)에서 돌출 형성되는 것이다. 볼록부(615)는 제 2 층(630)을 향한 방향으로 돌출된다. 이때, 볼록부(615)는 복수 개로 형성되며, 그들은 매트릭스 배열을 가질 수 있다. 볼록부(615)는 형태상으로는 돔 형상의 모양일 수 있다.
볼록대응부(637)는 볼록부(615)를 수용하도록 볼록부(615)에 대응하는 형태를 가진다. 볼록대응부(637)는 제 2 층(630)의 일 면에 복수 개로 형성될 수 있다.
이러한 배치 구조에 있어서, 오목부(635)는 인접한 한 쌍의 수용부 사이에 위치할 수 있다. 또한, 오목부(635)의 폭(W)은 수용부(637)의 폭(W')보다 좁고, 중공부(635)이 깊이(D)는 수용부(637)의 깊이(D')보다 깊은 것일 수 있다.
나아가, 제 1 층(610)의 다른 면에는 이상의 제 2 층(630), 제 3 층(650) 각각에 대응하는 제 4 층(630') 및 제 5 층(650')이 형성될 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 보호재(400)에 가해지는 충격은 제 3 층(650), 제 2 층(630)을 통해 1차적, 2차적으로 흡수될 수 있음은 앞선 실시예와 동일하다.
본 실시예에서는, 추가적으로, 볼록부(615)와 볼록대응부(637)에 의한 강화된 충격 흡수 효과를 가진다. 구체적으로, 제 2 층(630)의 바디(631)로 전달된 충격은 제 1 층(610)으로 전달됨에 있어서, 볼록부(615) 및 볼록대응부(637)를 통해 보다 넓은 면적으로 분산될 수 있다. 그에 의해, 볼록부(615) 및 볼록대응부(637)에 의한 충격 흡수가 상당 부분 이루어진다.
또한, 볼록대응부(637)와 오목부(635)가 어긋나게 배치됨에 의해, 그들이 일치되게 배치되는 경우에서 제 2 층(630)의 종방향 강도가 약화되는 문제를 방지할 수 있다. 나아가, 볼록대응부(637)는 그의 폭(W')이 깊이(D')보다는 큰 크기를 가져서 오목부(635)에 비해 좌굴에 강하게 견디면서, 볼록부(615)와의 대응 면적 확대에 의해 충격 흡수 역량을 효과적으로 발휘하게 된다.
설명된 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
또한, 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (5)

  1. 손가락에 결합될 수 있는 손가락 고정부와, 와이어를 고정시킬 수 있는 제 1 와이어 고정부로 구성된 손가락 지지대, 상기 제 1 와이어 고정부에 연결된 와이어와 결합되어 회전하여 손가락의 회전을 인식할 수 있는 엔코더 값을 생성하는 엔코더 및 와이어를 지지하는 와이어 지지대로 구성되는 손등 지지대, 상기 손가락 지지대 및 상기 손등 지지대 사이에 배치되어 상호 연동되며 회전하는 회전축을 포함하는 손 구동부;
    일단은 손 구동부의 와이어측과 연결되고, 타측은 통합 제어부의 와이어측과 연결되는 탄성부재 및, 상기 손가락 지지대 및 상기 손등 지지대 사이에 연결되며, 상기 탄성부재를 감싸는 탄성부재 케이스로 구성된 연결부; 및
    상기 탄성부재와 연결된 와이어와 연결되어, 와이어의 길이를 조절하는 모터, 상기 모터를 제어하여 와이어의 길이를 조절하여 상기 탄성 부재의 탄성력을 조절하는 제어부, 공기의 방향에 대하여 일정 각도로 경사지게 형성되는 제 1 판과 상기 제 1 판으로부터 굴절각을 가지고 연장 형성되는 제 2 판과 상기 제 1 판과 제 2 판의 연결점에 설치되고, 단면이 'W 형상'을 가지는 한 쌍의 제 3 판과 상기 제 2 판의 종단부에 설치되고, 단면이 원호 형상이면서 상기 제 1 판 방향으로 예각으로 기울어진 제 4 판을 포함하는 먼지제거부와, 통합제어부 내부의 공기와 외부의 공기를 순환시키는 공기순환부로 구성되는 통합제어부를 포함하는, 탄성부재를 이용한 글러브.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄성부재 케이스는,
    길이 조절이 가능하게 이루어지는 주름형 케이스이고,
    상기 제어부는,
    상기 엔코더 값의 변화가 없는 상태에서 상기 탄성부재에 탄성력이 증가하면, 상기 와이어를 풀어서 상기 탄성 부재의 탄성력을 줄이는, 탄성부재를 이용한 글러브.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 판은
    일측이 개구부인 곡선부; 및
    공기가 인입되는 곡선부의 굴곡면을 따라 관;을 포함하는 돌출부를 더 포함하고, 상기 관의 내부에는 갈고리 모양의 연장 돌출부와 미세 입자가 포함하는 것을 특징으로 하는, 탄성부재를 이용한 글러브.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 판, 상기 제 3 판 및 제 4 판의 일면에 형성되는 보호재를 더 포함하는,
    상기 보호재는,
    제1 영역을 한정하며, 광의 투과를 차단하기 위한 제 1 층;
    상기 제 1 층의 두께보다 큰 값의 두께를 갖고, 상기 제 1 층에 부착되며, 상기 제1 영역과 동일한 면적의 제2 영역을 한정하며, 복수의 오목부가 매트릭스 배열을 이루도록 형성된 제 2 층; 및
    상기 제 2 층에 부착되어 상기 복수의 오목부를 밀폐하고, 상기 제2 영역과 동일한 면적의 제3 영역을 한정하며, 상기 제 2 층보다 소프트한 특성을 갖는 제 3 층을 포함하고,
    상기 제 1 층은 상기 제 2 층을 향한 방향으로 돌출된 복수의 볼록부를 포함하고, 상기 제 2 층은 상기 복수의 볼록부를 각각 수용하는 복수의 볼록대응부를 포함하며, 상기 오목부는 상기 복수의 볼록부 중 인접한 한 쌍의 볼록대응부들 사이에 위치하는, 탄성부재를 이용한 글러브.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 오목부의 깊이는, 오목부의 폭보다 큰 크기를 가지고,
    상기 제 3 층은 중공형 볼 입자를 함유하고,
    상기 볼록대응부의 폭은 오목부의 폭보다 큰 크기이고, 볼록대응부의 높이는 볼록부부의 높이보다 작은 크기인 것을 특징으로 하는, 탄성부재를 이용한 글러브.
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