KR102542757B1

KR102542757B1 - 고 자유도 로봇 핸드

Info

Publication number: KR102542757B1
Application number: KR1020210191064A
Authority: KR
Inventors: 류우석; 이병주; 이지영; 이성온
Original assignee: 한양대학교 에리카산학협력단
Priority date: 2021-12-29
Filing date: 2021-12-29
Publication date: 2023-06-13
Also published as: WO2023128584A1

Abstract

고 자유도 로봇 핸드가 제공된다. 상기 고 자유도 로봇 핸드는, 설정 체적을 가지는 손바닥 모듈; 상기 손바닥 모듈의 일측과 탈부착 가능하게 결합되는 제1 베이스 프레임, 및 상기 제1 베이스 프레임에 일 방향으로 연결되며, 복수 개의 제1 마디로 이루어지는 적어도 둘 이상의 제1 손가락부를 포함하는 제1 손가락 모듈; 상기 손바닥 모듈의 타측과 탈부착 가능하게 결합되는 제2 베이스 프레임, 및 상기 베이스 프레임에 연결되며, 복수 개의 제2 마디로 이루어지는 제2 손가락부를 포함하는 제2 손가락 모듈; 및 상기 손바닥 모듈의 내부에 장착되며, 상기 적어도 둘 이상의 제1 손가락부와 상기 제2 손가락부를 동작시키는 구동 모듈을 포함하되, 상기 구동 모듈은, 상기 복수 개의 제1 마디 및 복수 개의 제2 마디 각각과 개별 연결되는 와이어에 구동력을 제공하는 와이어 구동부; 및 상기 적어도 둘 이상의 제1 손가락부 및 상기 제2 손가락부의 A(abduction)/A(adduction) 동작이 가능하도록, 상기 적어도 둘 이상의 제1 손가락부 및 상기 제2 손가락부와 개별 연결되는 기어에 구동력을 제공하는 기어 구동부를 포함할 수 있다.

Description

고 자유도 로봇 핸드{Robot Hand with High Degree of Freedom}

본 발명은 고 자유도 로봇 핸드에 관련된 것으로 보다 구체적으로는, 정밀하고 세밀한 동작이 가능한, 고 자유도 로봇 핸드에 관련된 것이다.

텐던 구동 로봇 핸드의 경우, 설계 시 로봇 핸드의 크기를 가장 컴팩트하게 제작할 수 있는 장점을 가지고 있다. 하지만, 각 텐던 구동을 위한 모터와 제어기 파트가 실제 구동을 위한 핸드보다 더 큰 문제점을 가지고 있다.

종래의 텐던 구동 로봇 핸드에서는 상기 모터와 제어기가 보통 팔뚝 쪽에 장착되어 로봇 핸드의 구동을 지원하게 된다. 하지만, 이러한 구조는 사용자가 실제 사용 공간에 적용하기가 힘든 단점을 가지고 있다.

이에, 실용성이 향상된 텐던 구동 로봇 핸드의 개발이 요구되고 있다.

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한국 특허등록 제10-0734173호 (2007.06.26)

본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 정밀하고 세밀한 동작이 가능한, 고 자유도 로봇 핸드를 제공하는데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 사용자의 편의를 극대화할 수 있는, 고 자유도 로봇 핸드를 제공하는데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 고 자유도 로봇 핸드를 제공한다.

일 실시 예에 따르면, 상기 고 자유도 로봇 핸드는, 설정 체적을 가지는 손바닥 모듈; 상기 손바닥 모듈의 일측과 탈부착 가능하게 결합되는 제1 베이스 프레임, 및 상기 제1 베이스 프레임에 일 방향으로 연결되며, 복수 개의 제1 마디로 이루어지는 적어도 둘 이상의 제1 손가락부를 포함하는 제1 손가락 모듈; 상기 손바닥 모듈의 타측과 탈부착 가능하게 결합되는 제2 베이스 프레임, 및 상기 베이스 프레임에 연결되며, 복수 개의 제2 마디로 이루어지는 제2 손가락부를 포함하는 제2 손가락 모듈; 및 상기 손바닥 모듈의 내부에 장착되며, 상기 적어도 둘 이상의 제1 손가락부와 상기 제2 손가락부를 동작시키는 구동 모듈을 포함하되, 상기 구동 모듈은, 상기 복수 개의 제1 마디 및 복수 개의 제2 마디 각각과 개별 연결되는 와이어에 구동력을 제공하는 와이어 구동부; 및 상기 적어도 둘 이상의 제1 손가락부 및 상기 제2 손가락부의 A(abduction)/A(adduction) 동작이 가능하도록, 상기 적어도 둘 이상의 제1 손가락부 및 상기 제2 손가락부와 개별 연결되는 기어에 구동력을 제공하는 기어 구동부를 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 제1 손가락부와 제1 베이스 프레임 및 상기 제2 손가락부와 제2 베이스 프레임은 각각, MCP 조인트를 통하여 연결되고, 서로 이웃하는 제1 마디 및 서로 이웃하는 제2 마디는 각각, 길이 방향으로 PIP 조인트 및 DIP 조인트를 통하여 연결되되, 상기 MCP 조인트는 2 자유도를 제공하고, 상기 PIP 조인트 및 DIP 조인트는 각각, 1 자유도를 제공할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 제1 마디는 상기 MCP 조인트를 통하여 상기 제1 베이스 프레임과 연결되는 제1-1 마디, 상기 PIP 조인트를 통하여 상기 제1-1 마디와 연결되는 제1-2 마디 및 상기 DIP 조인트를 통하여 상기 제1-2 마디와 연결되는 제1-3 마디를 포함하며, 상기 제1 손가락 모듈은 상기 제1-1 마디와 연결되어, 상기 MCP 조인트를 축으로 상기 제1-1 마디를 굽힘/펼침 동작시키는 제1-1 와이어 및 제1-2 와이어, 상기 제1-2 마디와 연결되어, 상기 PIP 조인트를 축으로 상기 제1-2 마디를 굽힘/펼침 동작시키는 제1-3 와이어 및 제1-4 와이어, 상기 제1-3 마디와 연결되어 상기 DIP 조인트를 축으로 상기 제1-3 마디를 굽힘/펼침 동작시키는 제1-5 와이어 및 제1-6 와이어를 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 와이어 구동부는, 상기 제1-1 와이어와 제1-2 와이어의 장력 조절을 위한 구동력을 제공하는 제1 모터, 상기 제1-3 와이어와 제1-4 와이어의 장력 조절을 위한 구동력을 제공하는 제2 모터 및 상기 제1-5 와이어와 제1-6 와이어의 장력 조절을 위한 구동력을 제공하는 제3 모터를 더 포함하며, 상기 제1 모터 내지 제3 모터는 하나의 상기 제1 손가락부와 연결되는 하나의 모터 세트를 이루고, 상기 제1 손가락부가 복수 개 구비되는 경우, 상기 와이어 구동부는 상기 복수 개의 제1 손가락부와 일대일 대응되는 복수 개의 모터 세트를 구비할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 제1 손가락 모듈은 제1 베어링 어레이를 더 포함하되, 상기 제1 베어링 어레이는, 상기 제1 모터로부터 상기 제1-1 마디까지 상기 제1-1 와이어와 제1-2 와이어의 이동 경로를 제공하고, 상기 제2 모터로부터 상기 제1-2 마디까지 상기 제1-3 와이어와 제1-4 와이어의 이동 경로를 제공하며, 상기 제3 모터로부터 상기 제1-3 마디까지 상기 제1-5 와이어와 제1-6 와이어의 이동 경로를 제공할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 제1-1 와이어와 제1-2 와이어는 상기 제1-1 마디의 폭 방향 양측에 고정되되, 상기 제1-3 와이어, 제1-4 와이어, 제1-5 와이어 및 제1-6 와이어는 상기 제1-1 와이어와 제1-2 와이어 사이로 통과되며, 상기 제1-3 와이어와 제1-4 와이어는 상기 제1-2 마디의 폭 방향 양측에 고정되고, 상기 제1-5 와이어와 제1-6 와이어는 상기 제1-3 와이어와 제1-4 와이어 사이로 통과된 후 상기 제1-3 마디의 폭 방향 양측에 고정될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 제1 베이스 프레임에는 상기 제1 모터 내지 제3 모터 각각의 회전축이 관통 결합되는 복수 개의 모터 접속구가 형성되며, 상기 복수 개의 모터 접속구 각각에는 상기 각 회전축의 회전 범위를 제한하는 스토퍼 부재가 형성되되, 상기 스토퍼 부재는, 상기 회전축에 축 결합되며, 원주 방향 일측에 반경 방향으로 돌기가 돌출되는 회전 부재; 및 상기 돌기의 회전 경로 양측과 마주하며, 상기 돌기가 회전하다가 충돌되는 경우, 상기 돌기의 더 이상의 회전을 구속하는 스토퍼를 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 기어 구동부는 제4 모터를 포함하며, 상기 제1 베이스 프레임에는 상기 제1 손가락부 및 상기 제4 모터와 연결되어, 상기 제4 모터로부터 제공되는 구동력을 상기 제1 손가락부에 전달하는 베벨 기어가 구비될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 제2 마디는 상기 MCP 조인트를 통하여 상기 제2 베이스 프레임과 연결되는 제2-1 마디, 상기 PIP 조인트를 통하여 상기 제2-1 마디와 연결되는 제2-2 마디 및 상기 DIP 조인트를 통하여 상기 제2-2 마디와 연결되는 제2-3 마디를 포함하며, 상기 제2 손가락 모듈은 상기 제2-1 마디와 연결되어, 상기 MCP 조인트를 축으로 상기 제2-1 마디를 굽힘/펼침 동작시키는 제2-1 와이어 및 제2-2 와이어, 상기 제2-2 마디와 연결되어, 상기 PIP 조인트를 축으로 상기 제2-2 마디를 굽힘/펼침 동작시키는 제2-3 와이어 및 제2-4 와이어, 상기 제2-3 마디와 연결되어 상기 DIP 조인트를 축으로 상기 제2-3 마디를 굽힘/펼침 동작시키는 제2-5 와이어 및 제2-6 와이어를 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 와이어 구동부는, 상기 제2-1 와이어와 제2-2 와이어의 장력 조절을 위한 구동력을 제공하는 제5 모터, 상기 제2-3 와이어와 제2-4 와이어의 장력 조절을 위한 구동력을 제공하는 제6 모터 및 상기 제2-5 와이어 및 제2-6 와이어의 장력 조절을 위한 구동력을 제공하는 제7 모터를 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 제2 손가락 모듈은 제2 베어링 어레이를 더 포함하되, 상기 제2 베어링 어레이는, 상기 제5 모터로부터 상기 제2-1 마디까지 상기 제2-1 와이어와 제2-2 와이어의 이동 경로를 제공하고, 상기 제6 모터로부터 상기 제2-2 마디까지 상기 제2-3 와이어와 제2-4 와이어의 이동 경로를 제공하며, 상기 제7 모터로부터 상기 제2-3 마디까지 상기 제2-5 와이어와 제2-6 와이어의 이동 경로를 제공할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 제2-1 와이어와 제2-2 와이어는 상기 제2-1 마디의 폭 방향 양측에 고정되되, 상기 제2-3 와이어, 제2-4 와이어, 제2-5 와이어 및 제2-6 와이어는 상기 제2-1 와이어와 제2-2 와이어 사이로 통과되며, 상기 제2-3 와이어와 제2-4 와이어는 상기 제2-2 마디의 폭 방향 양측에 고정되고, 상기 제12-5 와이어와 제2-6 와이어는 상기 제2-3 와이어와 제2-4 와이어 사이로 통과된 후 상기 제2-3 마디의 폭 방향 양측에 고정될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 기어 구동부는 제8 모터를 포함하며, 상기 제2 베이스 프레임에는 상기 제2 손가락부 및 상기 제8 모터와 연결되어, 상기 제8 모터로부터 제공되는 구동력을 상기 제2 손가락부에 전달하는 기어류가 구비되되, 상기 기어류는, 상기 제8 모터의 회전축에 축 결합되는 제1 평 기어; 상기 제1 평 기어에 기어 결합되는 제2 평 기어; 상기 제2 평 기어가 길이 방향 일측에 축 결합되어 있는 샤프트의 길이 방향 타측에 축 결합되는 제3 평 기어; 및 일측은 상기 제3 평 기어에 기어 결합되고 타측은 상기 제2 손가락부의 단부에 연결되는 베벨 기어를 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 제2 손가락부는 상기 손바닥 모듈의 일측면으로 제공되는 손바닥 면과 수평을 이루는 방향과 수직을 이루는 방향 수평 방향을 왕복하는 경로로 상기 A/A 동작될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 설정 체적을 가지는 손바닥 모듈; 상기 손바닥 모듈의 일측과 탈부착 가능하게 결합되는 제1 베이스 프레임, 및 상기 제1 베이스 프레임에 일 방향으로 연결되며, 복수 개의 제1 마디로 이루어지는 적어도 둘 이상의 제1 손가락부를 포함하는 제1 손가락 모듈; 상기 손바닥 모듈의 타측과 탈부착 가능하게 결합되는 제2 베이스 프레임, 및 상기 베이스 프레임에 연결되며, 복수 개의 제2 마디로 이루어지는 제2 손가락부를 포함하는 제2 손가락 모듈; 및 상기 손바닥 모듈의 내부에 장착되며, 상기 적어도 둘 이상의 제1 손가락부와 상기 제2 손가락부를 동작시키는 구동 모듈을 포함하되, 상기 구동 모듈은, 상기 복수 개의 제1 마디 및 복수 개의 제2 마디 각각과 개별 연결되는 와이어에 구동력을 제공하는 와이어 구동부; 및 상기 적어도 둘 이상의 제1 손가락부 및 상기 제2 손가락부의 A(abduction)/A(adduction) 동작이 가능하도록, 상기 적어도 둘 이상의 제1 손가락부 및 상기 제2 손가락부와 개별 연결되는 기어에 구동력을 제공하는 기어 구동부를 포함할 수 있다.

이에 따라, 총 16 자유도를 가지는 손가락 모듈들의 고 기능성 움직임이 독립적으로 제어됨으로써, 사용자 입장에서 복잡한 계산식이 필요 없이 직관적인 제어 및 움직임 입력이 가능할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 종래의 정밀 도구 작업 및 조립 작업 등의 테스크를 AI 기술 및 딥러닝 기술에 의한 시뮬레이션 결과들로만 실현되었던 부분들을, 구체적이고 세밀하게 실현시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 사용자의 편의를 극대화할 수 있는, 고 자유도 로봇 핸드가 제공될 수 있다.

즉, 본 발명의 실시 예에 따르면, 각 손가락 모듈과 손바닥 모듈이 탈부착 가능하게 결합됨으로써, 조립을 쉽게 할 수 있으며, 분리 또한 쉽게 할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 각 손가락 모듈을 동작시키는 구동 모듈이 손바닥 모듈에 일체로 구비됨으로써, 유지 보수가 용이한, 고 자유도 로봇 핸드가 제공될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고 자유도 로봇 핸드를 나타낸 사시도이다.
도 2 내지 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고 자유도 로봇 핸드의 제1 손가락 모듈을 설명하기 위한 도면들이다.
도 9 내지 도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고 자유도 로봇 핸드의 제2 손가락 모듈을 설명하기 위한 도면들이다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 고 자유도 로봇 핸드의 구동 모듈을 설명하기 위한 도면들이다.
도 16 내지 도 19는 본 발명의 일 실시 예에 따른 고 자유도 로봇 핸드의 다양한 동작을 설명하기 위한 도면들이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 형상 및 크기는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.

명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.

또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

도 1 내지 도 19는 본 발명의 일 실시 예에 따른 고 자유도 로봇 핸드를 설명하기 위한 도면들이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 고 자유도 로봇 핸드(10)는, 손바닥 모듈(100), 제1 손가락 모듈(200), 제2 손가락 모듈(300) 및 구동 모듈(400)을 포함하여 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 손바닥 모듈(100), 제1 손가락 모듈(200) 및 제2 손가락 모듈(300)은 서로 탈부착 가능하게 결합될 수 있다. 이에 따라, 사용자는 손쉽게 고 자유도 로봇 핸드(10)를 조립할 수 있고, 분리 또한 간편하게 할 수 있다. 이때, 상기 구동 모듈(400)은 상기 손바닥 모듈(100)에 내장될 수 있다.

손바닥 모듈(100)은 설정 체적을 가질 수 있다. 상기 손바닥 모듈(100)의 일측면은 제1 손가락 모듈(200) 및 제2 손가락 모듈(300)에 대한 손바닥 면으로 제공될 수 있다.

상기 손바닥 면의 일측변에는 제1 손가락 모듈(200)이 연결되고, 상기 손바닥 면의 타측변에는 제2 손가락 모듈(300)이 연결되어, 사람의 왼손 또는 오른손을 모사할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 손바닥 모듈(100)의 내부에는 상기 제1 손가락 모듈(200)을 이루는 복수 개의 제1 손가락부(220)의 각 마디들 및 제2 손가락 모듈(300)을 이루는 제2 손가락부(320)의 각 마디들을 독립적으로 구동시키는 구동 모듈(400)이 장착되는 장착 공간이 마련될 수 있다.

제1 손가락 모듈(200)은 손바닥 모듈(100)에 결합되어, 검지, 중지, 약지 등으로 기능할 수 있다. 제1 손가락 모듈(200)은 엄지로 기능하는 제2 손가락 모듈(300)과 상호 작용을 통하여, 다양한 물체를 파지할 수 있다. 상기 제1 손가락 모듈(200)은 구동 모듈(400)과 연결되어, 구동 모듈(400)로부터 제공되는 구동력을 통하여 다양하게 동작될 수 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 이러한 제1 손가락 모듈(200)은 제1 베이스 프레임(210) 및 제1 손가락부(220)를 포함하여 형성될 수 있다.

제1 베이스 프레임(210)은 적어도 둘 이상으로 구비되는 상기 제1 손가락부(220)를 지지할 수 있다. 제1 손가락 모듈(200)은 이러한 제1 베이스 프레임(210)을 통하여, 손바닥 모듈(100)의 일측과 탈부착 가능하게 모듈 결합될 수 있다. 이에 따라, 적어도 둘 이상 구비되는 제1 손가락부(220)는 제1 베이스 프레임(210)에 의해 한 번에 혹은 동시에 손바닥 모듈(100)에 장착될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제1 베이스 프레임(210)에는 복수 개의 모터 접속구(211)가 형성될 수 있다. 복수 개의 모터 접속구(211)에는 적어도 둘 이상으로 구비되는 제1 손가락부(220), 보다 상세하게는 제1 손가락부(220)를 이루는 각 마디들을 개별 동작시키는 복수 개의 모터 각각의 회전축이 접속될 수 있다.

예를 들어, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제1 손가락부(220)는 세 개의 마디로 이루어질 수 있다. 와이어를 통하여 이러한 세 개의 마디를 개별 동작시키기 위해 세 개의 모터가 구비될 수 있다. 이때, 상기 제1 손가락부(220)는 검지, 중지, 약지 세 개로 구비될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 세 개의 제1 손가락부(220)는 총 아홉 개의 마디로 이루어지므로, 이들을 개별 동작시키기 위해 아홉 개의 모터가 구비될 수 있다.

이에, 제1 베이스 프레임(210)에는 이들 아홉 개의 모터의 회전축이 각각 접속되는 아홉 개의 모터 접속구(211)가 형성될 수 있다.

여기서, 제1 손가락부(220)를 이루는 세 개의 마디 중 제1 베이스 프레임(210)과 접하는 마디는 A(abduction)/A(adduction) 동작을 추가로 하게 된다. 이에 따라, 상기 마디의 A/A 동작을 실현시키기 위해 추가적인 모터가 구비될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제1 손가락부(220)는 엄지, 중지, 검지 세 개로 구비되므로, 각 제1 손가락부(220)의 A/A 동작을 실현시키기 위한 모터가 세 개 추가될 수 있다.

이에, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제1 베이스 프레임(210)에는 세 개의 제1 손가락부(220)의 각 마디를 개별 동작시키기 위한 열두 개 모터의 회전축이 각각 접속되는 열두 개의 모터 접속구(211)가 형성될 수 있다.

즉, 제1 베이스 프레임(210)에는 복수 개의 제1 손가락부(220)의 각 마디를 개별 동작시키기 위해 구비되는 모터와 대응되는 개수의 모터 접속구(211)가 형성될 수 있다.

이때, 도 3을 참조하면, 복수 개의 모터 접속구(211) 각각에는 스토퍼 부재(212)가 형성될 수 있다. 상기 스토퍼 부재(212)는 각 모터의 회전축의 회전 범위를 물리적으로 제한할 수 있다.

제1 손가락부(220)의 각 마디는 소정 각도로 구부러지거나 펴지는 동작을 하고, 소정 각도로 A/A 동작을 하게 된다. 이에 따라, 스토퍼 부재(212)는 제1 손가락부(220)의 과도한 동작으로 인한 사고 혹은 장치 고장을 방지하기 위하여 구비될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 이러한 스토퍼 부재(212)는 회전 부재(212a) 및 스토퍼(212b)를 포함할 수 있다.

회전 부재(212a)는 모터의 회전축에 축 결합될 수 있다. 즉, 회전 부재(212a)는 모터의 회전축이 회전할 때, 이에 연동될 수 있다. 이러한 회전 부재(212a)의 원주 방향 일측에는 반경 방향으로 돌기가 돌출될 수 있다.

스토퍼(212b)는 상기 돌기의 회전 경로 양측과 마주하는 형태로 구비될 수 있다. 예를 들어, 스토퍼(212b)는 'C" 형상의 고리로 구비될 수 있다.

모터의 회전축이 회전함에 따라, 상기 회전 부재(212a)의 돌기 또한 회전하다가 상기 스토퍼(212b)의 길이 방향 일단 또는 타단에 충돌되는 경우, 상기 돌기의 회전은 스토퍼(212b)에 의해 구속될 수 있다.

즉, 돌기가 스토퍼(212b)에 충돌되는 경우, 돌기의 더 이상의 회전은 방지될 수 있다. 이에 따라, 상기 돌기를 구비하는 회전 부재(212a)가 축 결합되어 있는 모터의 회전축은, 그 회전 범위가 스토퍼 부재(212)에 의해 물리적으로 제한될 수 있으며, 이를 통하여, 제1 손가락부(220)를 이루는 각 마디는 설정 범위 내에서 안전하게 동작하게 된다.

도 4를 참조하면, 제1 베이스 프레임(210)에는 베벨 기어(213)가 구비될 수 있다. 상기 베벨 기어(213)는, 제1 손가락부(220)가 A/A 동작되도록, 구동력을 제공하는 모터와 연결되어, 상기 모터로부터 제공되는 구동력을 제1 손가락부(220)에 전달할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 검지, 중지, 약지로 기능하는 세 개의 제1 손가락부(220)가 구비됨에 따라, 베벨 기어(213) 또한 이들 세 개의 제1 손가락부(220)와 일대일 대응되도록, 세 개 구비될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 이러한 베벨 기어(213)는 제1 베이스 프레임(210)에 내장될 수 있다.

한편, 제1 손가락부(220)는 상기 제1 베이스 프레임(210)에 연결되어 제1 베이스 프레임(210)에 의해 지지될 수 있다. 상기 제1 손가락부(220)는 복수 개의 제1 마디로 이루어질 수 있다. 이와 같이, 복수 개의 제1 마디로 이루어지는 제1 손가락부(220)는 적어도 둘 이상 구비되어, 제1 베이스 프레임(210)에 일 방향으로 연결될 수 있다.

하기에서는 상기 제1 손가락부(220)가 세 개의 제1 마디로 이루어지고, 각각 검지, 중지, 약지로 기능하는 세 개의 제1 손가락부(220)가 구비되는 것을 상정하여 설명하기로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제1 손가락부(220)를 이루는 세 개의 제1 마디는 제1-1 마디(221), 제1-2 마디(222) 및 제1-3 마디(223)로 이루어질 수 있다.

상기 제1-1 마디(221)는 MCP(metacarpal) 조인트를 통하여 제1 베이스 프레임(210)과 연결될 수 있다. 또한, 제1-1 마디(221)와 제1-2 마디(222)는 PIP(proximal phalanx) 조인트를 통하여 길이 방향으로 서로 연결될 수 있다. 그리고 제1-2 마디(222)와 제1-3 마디(223)는 DIP(distal phalanx) 조인트를 통하여 길이 방향으로 서로 연결될 수 있다.

도 5를 참조하면, 제1-1 마디(221)는 MCP 조인트를 축(Z축)으로 굽힘/펼침 동작될 수 있다. 또한, 제1-2 마디(222)는 PIP 조인트를 축(Z축)으로 굽힘/펼침 동작될 수 있다. 그리고 1-3 마디(223)는 DIP 조인트를 축(Z축)으로 굽힘/펼침 동작될 수 있다.

이때, 제1-1 마디(221)는 MCP 조인트를 축으로 하는 굽힘/펼침 동작에 더해, Y축을 중심으로 A(벌림)/A(모음) 동작될 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 MCP 조인트는 2 자유도를 제공하고, 상기 PIP 조인트와 DIP 조인트는 각각 1 자유도를 제공할 수 있다. 이에 따라, 하나의 제1 손가락부(220)는 4 자유도를 가질 수 있으며, 검지, 중지, 약지로 기능하는 세 개의 제1 손가락부(220)는 총 12 자유도를 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 세 개의 제1 손가락부(220)가 이와 같이 고 자유도를 가짐에 따라, 보다 정밀 혹은 세밀한 동작이 가능하여, 크기나 모양이 다른 다양한 물체를 안정적이고 효율적으로 파지할 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제1 손가락 모듈(200)은 제1-1 마디(221), 제1-2 마디(222) 및 제1-3 마디(223)를 개별 동작시키는 여섯 개의 와이어를 더 포함할 수 있다.

도 6을 참조하면, 상기 여섯 개의 와이어는 제1-1 와이어(411a), 제1-2 와이어(411b), 제1-3 와이어(411c), 제1-4 와이어(411d), 제1-5 와이어(411e) 및 제1-6 와이어(411f)로 이루어질 수 있다.

제1-1 와이어(411a)와 제1-2 와이어(411b)는 제1-1 마디(221)에 연결될 수 있다. 구체적으로, 제1-1 와이어(411a)와 제1-2 와이어(411b)는 제1-1 마디(221)의 내부에 장착되어 있는 와이어 고정 프레임(201)의 양측에 고정될 수 있다. 이때, 예를 들어, 제1-1 와이어(411a)는 와이어 고정 프레임(201)에 위로 감겨 고정될 수 있고, 제1-2 와이어(411b)는 와이어 고정 프레임(201)에 아래로 감겨 고정될 수 있다.

이러한 제1-1 와이어(411a)와 제1-2 와이어(411b)는 후술되는 구동 모듈(400)의 제1 모터(412a)와 연결될 수 있다. 제1-1 와이어(411a)와 제1-2 와이어(411b)는 이러한 제1 모터(412a)가 구동되는 경우, 각각의 장력이 조절될 수 있다.

이와 같이, 제1 모터(412a)에 의해 제1-1 와이어(411a)와 제1-2 와이어(411b) 각각의 장력이 조절됨에 따라, 상기 제1-1 마디(221)는 MCP 조인트를 축으로 굽힘 동작을 하게 되거나 펼침 동작을 하게 될 수 있다.

상기 제1-3 와이어(411c)와 제1-4 와이어(411d)는 제1-2 마디(222)에 연결될 수 있다. 구체적으로, 제1-3 와이어(411c)와 제1-4 와이어(411d)는 제1-2 마디(222)의 내부에 장착되어 있는 와이어 고정 프레임(201)의 양측에 고정될 수 있다. 이때, 예를 들어, 제1-3 와이어(411c)는 와이어 고정 프레임(201)에 위로 감겨 고정될 수 있고, 제1-4 와이어(411d)는 와이어 고정 프레임(201)에 아래로 감겨 고정될 수 있다.

이러한 제1-3 와이어(411c)와 제1-4 와이어(411d)는 후술되는 구동 모듈(400)의 제2 모터(412b)와 연결될 수 있다. 제1-3 와이어(411c)와 제1-4 와이어(411d)는 이러한 제2 모터(412b)가 구동되는 경우, 각각의 장력이 조절될 수 있다.

이와 같이, 제2 모터(412b)에 의해 제1-3 와이어(411c)와 제1-4 와이어(411d) 각각의 장력이 조절됨에 따라, 상기 제1-2 마디(222)는 PIP 조인트를 축으로 굽힘 동작을 하게 되거나 펼침 동작을 하게 될 수 있다.

상기 제1-5 와이어(411e)와 제1-6 와이어(411f)는 제1-3 마디(223)에 연결될 수 있다. 구체적으로, 제1-5 와이어(411e)와 제1-6 와이어(411f)는 제1-3 마디(223)의 내부에 장착되어 있는 와이어 고정 프레임(201)의 양측에 고정될 수 있다. 이때, 예를 들어, 제1-5 와이어(411e)는 와이어 고정 프레임(201)에 위로 감겨 고정될 수 있고, 제1-6 와이어(411f)는 와이어 고정 프레임(201)에 아래로 감겨 고정될 수 있다.

이러한 제1-5 와이어(411e)와 제1-6 와이어(411f)는 후술되는 구동 모듈(400)의 제3 모터(412c)와 연결될 수 있다. 제1-5 와이어(411e)와 제1-6 와이어(411f)는 이러한 제3 모터(412c)가 구동되는 경우, 각각의 장력이 조절될 수 있다.

이와 같이, 제3 모터(412c)에 의해 제1-5 와이어(411e)와 제1-6 와이어(411f) 각각의 장력이 조절됨에 따라, 상기 제1-3 마디(223)는 DIP 조인트를 축으로 굽힘 동작을 하게 되거나 펼침 동작을 하게 될 수 있다.

여기서, 제1 손가락부(220)의 내부에는 제1-1 마디(221), 제1-2 마디(222) 및 제1-3 마디(223)를 개별 동작시키기 위한 여섯 개의 와이어(411a 내지 411f)가 배치될 수 있다. 이러한 여섯 개의 와이어(411a 내지 411f)는 제1 베이스 프레임(210)의 모터 접속구(211)에 접속되는 제1 모터 내지 제3 모터(412a 내지 412c)와 연결된다.

이때, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 검지, 중지, 약지로 기능을 하는 세 개의 제1 손가락부(220)가 제1 베이스 프레임(210)에 연결됨에 따라, 제1 베이스 프레임(210) 내부에는 총 18 개의 와이어, 즉, 제1-1 와이어(411a), 제1-2 와이어(411b), 제1-3 와이어(411c), 제1-4 와이어(411d), 제1-5 와이어(411e) 및 제1-6 와이어(411f)를 하나이 세트를 하는 세 개의 와이어 세트가 배치될 수 있다. 이에 따라, 많은 수의 와이어들이 제1 베이스 프레임(210) 내부에서 서로 간섭되어, 즉, 서로 엉키거나 꼬여 제1 손가락부(220)를 이루는 제1-1 마디(221), 제1-2 마디(222) 및 제1-3 마디(223)를 원활하게 개별 동작시키는 데에 문제가 발생될 수 있다.

이에, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제1 손가락 모듈(200)은 제1 베어링 어레이(230)를 더 포함할 수 있다.

제1 베어링 어레이(230)는 다수 개의 베어링들의 조합으로 이루어질 수 있다. 제1 베어링 어레이(230)는 제1 베이스 프레임(210) 및 제1 손가락부(220)의 내부에 구비될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제1 베어링 어레이(230)는 제1 모터(412a)로부터 제1-1 마디(221)까지 제1-1 와이어(411a)와 제1-2 와이어(411b)의 이동 경로를 제공할 수 있다. 이에, 제1-1 와이어(411a)와 제1-2 와이어(411b)는 제1 베어링 어레이(230)를 이루는 베어링들에 의해 안내되면서 제1-1 마디(221)까지 이동되어 제1-1 마디(221)의 내부에 장착되어 있는 와이어 고정 프레임(201)에 고정될 수 있다.

또한, 제1 베어링 어레이(230)는 제2 모터(412b)로부터 제1-2 마디(222)까지 제1-3 와이어(411c)와 제1-4 와이어(411d)의 이동 경로를 제공할 수 있다. 이에, 제1-3 와이어(411c)와 제1-4 와이어(411d)는 제1 베어링 어레이(230)를 이루는 베어링들에 의해 안내되면서 제1-2 마디(222)까지 이동되어 제1-2 마디(222)의 내부에 장착되어 있는 와이어 고정 프레임(201)에 고정될 수 있다.

그리고 제1 베어링 어레이(230)는 제3 모터(412c)로부터 제1-3 마디(223)까지 제1-5 와이어(411e)와 제1-6 와이어(411f)의 이동 경로를 제공할 수 있다. 이에, 제1-5 와이어(411e)와 제1-6 와이어(411f)는 제1 베어링 어레이(230)를 이루는 베어링들에 의해 안내되면서 제1-3 마디(223)까지 이동되어 제1-3 마디(223)의 내부에 장착되어 있는 와이어 고정 프레임(201)에 고정될 수 있다.

다시 도 6을 참조하면, 제1-1 와이어(411a)와 제1-2 와이어(411b)는 제1-1 마디(221)까지 전용 제1 베어링 어레이(230)에 의해 안내되어 와이어 고정 프레임(201)의 양측에 고정될 수 있다.

이때, 제1-3 와이어(411c), 제1-4 와이어(411d), 제1-5 와이어(411e) 및 제1-6 와이어(411f)는 각각, 전용 제1 베어링 어레이(230)에 의해 안내되어 제1-1 와이어(411a)와 제1-2 와이어(411b) 사이로 통과될 수 있다.

전용 제1 베어링 어레이(230)에 의해 안내되어 제1-2 마디(222)에 도착된 제1-3 와이어(411c)와 제1-4 와이어(411d)는 제1-2 마디(222)의 내부에 장착되어 있는 와이어 고정 프레임(201)의 양측에 고정될 수 있다.

이때, 제1-5 와이어(411e) 및 제1-6 와이어(411f)는 전용 제1 베어링 어레이(230)에 의해 안내되어 제1-3 와이어(411c)와 제1-4 와이어(411d) 사이로 통과될 수 있다.

전용 제1 베어링 어레이(230)에 의해 안내되어 제1-3 마디(223)에 도착된 제1-5 와이어(411e) 및 제1-6 와이어(411f)는 제1-3 마디(223)의 내부에 장착되어 있는 와이어 고정 프레임(201)의 양측에 고정될 수 있다.

이와 같이, 제1-1 와이어(411a), 제1-2 와이어(411b), 제1-3 와이어(411c), 제1-4 와이어(411d), 제1-5 와이어(411e) 및 제1-6 와이어(411f)는 제1 손가락부(220) 내부에서도 각각 전용 제1 베어링 어레이(230)를 통하여 서로 간의 간섭 없이 혹은 서로 간의 간섭이 최소화되는 상태로 배치될 수 있다.

제2 손가락 모듈(300)은 손바닥 모듈(100)에 결합되어, 엄지로 기능할 수 있다. 제2 손가락 모듈(300)은 검지, 중지, 약지로 기능하는 제1 손가락 모듈(200)과 상호 작용을 통하여, 다양한 물체를 파지할 수 있다. 상기 제2 손가락 모듈(300)은 구동 모듈(400)과 연결되어, 구동 모듈(400)로부터 제공되는 구동력을 통하여 다양하게 동작될 수 있다.

도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 이러한 제2 손가락 모듈(300)은 제2 베이스 프레임(310) 및 제2 손가락부(320)를 포함하여 형성될 수 있다.

제2 베이스 프레임(310)은 상기 제2 손가락부(320)를 지지할 수 있다. 제2 손가락 모듈(300)은 이러한 제2 베이스 프레임(310)을 통하여, 일측에 제1 손가락 모듈(200)이 탈부착 가능하게 모듈 결합되어 있는 손바닥 모듈(100)의 타측과 탈부착 가능하게 모듈 결합될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시 예에 따른 고 자유도 로봇 핸드(10)는 쉽게 조립될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제2 베이스 프레임(310)에는 복수 개의 모터 접속구(311)가 형성될 수 있다. 복수 개의 접속구(311)에는 제2 손가락부(320)를 이루는 마디들을 개별 동작시키는 복수 개의 모터 각각의 회전축이 접속될 수 있다.

예를 들어, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제2 손가락부(320)는 세 개의 제2 마디, 즉, 제2-1 마디(321), 제2-2 마디(322) 및 제2-3 마디(323)로 이루어질 수 있다. 와이어를 통하여 이러한 제2-1 마디(321), 제2-2 마디(322) 및 제2-3 마디(323)를 개별 동작시키기 위해, 세 개의 모터, 즉, 제5 모터(414a), 제6 모터(414b) 및 제7 모터(414c)가 구비될 수 있다.

이에, 제2 베이스 프레임(310)에는 제5 모터(414a), 제6 모터(414b) 및 제7 모터(414c)의 회전축이 접속되는 세 개의 모터 접속구(311)가 형성될 수 있다.

여기서, 제2 손가락부(320)를 이루는 제2-1 마디(321), 제2-2 마디(322) 및 제2-3 마디(323) 중에서 제2 베이스 프레임(310)과 접하는 제2-1 마디(321)는 A/A 동작을 추가로 하게 된다. 이에 따라, 상기 제2-1 마디(321)의 A/A 동작을 실현시키기 위해 추가적인 모터, 즉, 제8 모터(422)가 구비될 수 있다.

이에, 본 발명이 일 실시 예에 따르면, 제2 베이스 프레임(310)에는 제2 손가락부(320)를 이루는 제2-1 마디(321), 제2-2 마디(322) 및 제2-3 마디(323)를 개별 동작시키기 위한 네 개의 모터, 즉, 제5 모터(414a), 제6 모터(414b), 제7 모터(414c) 및 제8 모터(422)의 회전축이 각각 접속되는 네 개이 모터 접속구(311)가 형성될 수 있다.

이때, 도시하지는 않았지만, 복수 개의 모터 접속구(311) 각각에는 제1 손가락 모듈(도 1의 200)에 구비되는 스토퍼 부재(도 3의 212)와 동일한 기능을 하는 스토퍼 부재가 형성되어, 제5 모터(414a), 제6 모터(414b), 제7 모터(414c) 및 제8 모터(422)의 회전축의 회전 범위를 물리적으로 제한할 수 있다.

한편, 제2 베이스 프레임(310)에는 기어류가 구비될 수 있다. 상기 기어류는, 제2 손가락부(320)가 A/A 동작되도록, 구동력을 제공하는 제8 모터(422)와 연결되어, 상기 제8 모터(422)로부터 제공되는 구동력을 제2 손가락부(320)에 전달할 수 있다.

도 11을 참조하면, 상기 기어류는 제1 평 기어(312), 제2 평 기어(313), 제3 평 기어(315) 및 베벨 기어(316)의 조합으로 이루어질 수 있다.

상기 제1 평 기어(312)는 제8 모터(422)의 회전축에 축 결합될 수 있다. 상기 제2 평 기어(313)는 제1 평 기어(312)에 기어 결합될 수 있다. 상기 제3 평 기어(315)는, 상기 제2 평 기어(313)가 길이 방향 일측에 축 결합되어 있는 샤프트(314)의 길이 방향 타측에 축 결합될 수 있다. 상기 베벨 기어(316)의 일측은 상기 제3 평 기어(315)에 기어 결합되고, 타측은 제2 손가락부(320)의 단부, 즉, 제2 손가락부(320)의 제2-1 마디(321)의 단부에 연결될 수 있다.

이러한 기어류를 통하여, 엄지로 기능하는 제2 손가락부(320)는 손바닥 모듈(100)의 일측면으로 제공되는 손바닥 면과 수평을 이루는 방향과 수직을 이루는 방향을 왕복하는 경로로 A/A 동작될 수 있다.

이때, 기어류를 통하여, 엄지로 기능하는 제2 손가락부(320)가 A/A 동작되는 범위는 베벨 기어(도 4의 213)를 통하여, 검지, 중지, 약지 중 어느 하나로 기능하는 제1 손가락부(220)가 A/A 동작되는 범위보다 상대적으로 클 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 기어류를 통하여, 엄지로 기능하는 제2 손가락부(320)가 A/A 동작되는 범위는 0° ~ 90°일 수 있으며, 베벨 기어(도 4의 213)를 통하여, 검지, 중지, 약지 중 어느 하나로 기능하는 제1 손가락부(220)가 A/A 동작되는 범위는 -20° ~ 20°일 수 있다.

한편, 제2 손가락부(320)는 제2 베이스 프레임(310)에 연결되어 제2 베이스 프레임(310)에 의해 지지될 수 있다. 상기 제2 손가락부(320)는 일 방향으로 연결되는 복수 개의 제2 마디로 이루어질 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 손가락부(320)는 엄지로서 기능하므로, 하나의 제2 손가락부(320)가 제2 베이스 프레임(310)에 연결될 수 있다.

하기에서는 상기 제2 손가락부(320)가 세 개의 제2 마디로 이루어지고, 엄지로 기능하는 한 개의 제2 손가락부(320)가 구비되는 것을 상정하여 설명하기로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제2 손가락부(320)를 이루는 세 개의 제2 마디는 제2-1 마디(321), 제2-2 마디(322) 및 제2-3 마디(323)로 이루어질 수 있다.

상기 제2-1 마디(321)는 MCP(metacarpal) 조인트를 통하여 제2 베이스 프레임(310)과 연결될 수 있다. 또한, 제2-1 마디(321)와 제2-2 마디(322)는 PIP(proximal phalanx) 조인트를 통하여 길이 방향으로 서로 연결될 수 있다. 그리고 제2-2 마디(322)와 제2-3 마디(323)는 DIP(distal phalanx) 조인트를 통하여 길이 방향으로 서로 연결될 수 있다.

도 12를 참조하면, 제2-1 마디(321)는 MCP 조인트를 축(Z축)으로 굽힘/펼침 동작될 수 있다. 또한, 제2-2 마디(322)는 PIP 조인트를 축(Z축)으로 굽힘/펼침 동작될 수 있다. 그리고 2-3 마디(323)는 DIP 조인트를 축(Z축)으로 굽힘/펼침 동작될 수 있다.

이때, 제2-1 마디(321)는 MCP 조인트를 축으로 하는 굽힘/펼침 동작에 더해, Y축에서 55° 기울어진 Y'축을 중심으로 A(벌림)/A(모음) 동작될 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 MCP 조인트는 2 자유도를 제공하고, 상기 PIP 조인트와 DIP 조인트는 각각 1 자유도를 제공할 수 있다. 이에 따라, 하나의 제2 손가락부(320)는 4 자유도를 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 손가락부(320)가 이와 같이 고 자유도를 가짐에 따라, 보다 정밀 혹은 세밀한 엄지 동작이 가능하여, 마찬가지로 고 자유도를 가지는 세 개의 제1 손가락부(도 2의 220)와 함께 상호 작용을 통하여, 크기나 모양이 다른 다양한 물체를 안정적이고 효율적으로 파지할 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제2 손가락 모듈(300)은 제2-1 마디(321), 제2-2 마디(322) 및 제2-3 마디(323)를 개별 동작시키는 여섯 개의 와이어를 더 포함할 수 있다.

도 13을 참조하면, 상기 여섯 개의 와이어는 제2-1 와이어(413a), 제2-2 와이어(413b), 제2-3 와이어(413c), 제2-4 와이어(413d), 제2-5 와이어(413e) 및 제2-6 와이어(413f)로 이루어질 수 있다.

제2-1 와이어(413a)와 제2-2 와이어(413b)는 제2-1 마디(321)에 연결될 수 있다. 구체적으로, 제2-1 와이어(413a)와 제2-2 와이어(413b)는 제2-1 마디(321)의 내부에 장착되어 있는 와이어 고정 프레임(301)의 양측에 고정될 수 있다. 이때, 제2-1 와이어(413a)는 와이어 고정 프레임(301)에 위로 감겨 고정될 수 있고, 제2-2 와이어(413b)는 상기 와이어 고정 프레임(301)에 아래로 감겨 고정될 수 있다.

이러한 제2-1 와이어(413a)와 제2-2 와이어(413b)는 후술되는 구동 모듈(400)의 제5 모터(414a)와 연결될 수 있다. 제2-1 와이어(413a)와 제2-2 와이어(413b)는 이러한 제5 모터(414a)가 구동되는 경우, 각각의 장력이 조절될 수 있다.

이와 같이, 제5 모터(414a)에 의해 제2-1 와이어(413a)와 제2-2 와이어(413b) 각각의 장력이 조절됨에 따라, 상기 제2-1 마디(321)는 MCP 조인트를 축으로 굽힘 동작을 하게 되거나 펼침 동작을 하게 될 수 있다.

상기 제2-3 와이어(413c)와 제2-4 와이어(413d)는 제2-2 마디(322)에 연결될 수 있다. 구체적으로, 제2-3 와이어(413c)와 제2-4 와이어(413d)는 제2-2 마디(322)의 내부에 장착되어 있는 와이어 고정 프레임(301)의 양측에 고정될 수 있다. 이때, 제2-3 와이어(413c)는 와이어 고정 프레임(301)에 위로 감겨 고정될 수 있고, 제2-4 와이어(413d)는 상기 와이어 고정 프레임(301)에 아래로 감겨 고정될 수 있다.

이러한 제2-3 와이어(413c)와 제2-4 와이어(413d)는 후술되는 구동 모듈(400)의 제6 모터(414b)와 연결될 수 있다. 제2-3 와이어(413c)와 제2-4 와이어(413d)는 이러한 제6 모터(414b)가 구동되는 경우, 각각의 장력이 조절될 수 있다.

이와 같이, 제6 모터(414b)에 의해 제2-3 와이어(413c)와 제2-4 와이어(413d) 각각의 장력이 조절됨에 따라, 상기 제2-2 마디(322)는 PIP 조인트를 축으로 굽힘 동작을 하게 되거나 펼침 동작을 하게 될 수 있다.

상기 제2-5 와이어(413e)와 제2-6 와이어(413f)는 제2-3 마디(323)에 연결될 수 있다. 구체적으로, 제2-5 와이어(413e)와 제2-6 와이어(413f)는 제2-3 마디(323)의 내부에 장착되어 있는 와이어 고정 프레임(301)의 양측에 고정될 수 있다. 이때, 제2-5 와이어(413e)는 와이어 고정 프레임(301)에 위로 감겨 고정될 수 있고, 제2-6 와이어(413f)는 상기 와이어 고정 프레임(301)에 아래로 감겨 고정될 수 있다.

이러한 제2-5 와이어(413e)와 제2-6 와이어(413f)는 후술되는 구동 모듈(400)의 제7 모터(414c)와 연결될 수 있다. 제2-5 와이어(413e)와 제2-6 와이어(413f)는 이러한 제7 모터(414c)가 구동되는 경우, 각각의 장력이 조절될 수 있다.

이와 같이, 제7 모터(414c)에 의해 제2-5 와이어(413e)와 제2-6 와이어(413f) 각각의 장력이 조절됨에 따라, 상기 제2-3 마디(323)는 DIP 조인트를 축으로 굽힘 동작을 하게 되거나 펼침 동작을 하게 될 수 있다.

다시 도 11을 참조하면, 제2 손가락 모듈(300)은 제2 베이스 프레임(310)과 제2 손가락부(320)의 내부에 배치되는 6 개의 와이어, 즉, 제2-1 와이어(413a), 제2-2 와이어(413b), 제2-3 와이어(413c), 제2-4 와이어(413d), 제2-5 와이어(413e) 및 제2-6 와이어(413f) 간의 간섭을 방지하기 위하여, 제2 베어링 어레이(330)를 더 포함할 수 있다.

제2 베어링 어레이(330)는 제1 베어링 어레이(도 7의 230)와 마찬가지로, 다수 개의 베어링들의 조합으로 이루어질 수 있다. 제2 베어링 어레이(330)는 제2 베이스 프레임(310) 및 제2 손가락부(320)의 내부에 구비될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제2 베어링 어레이(330)는 제5 모터(414a)로부터 제2-1 마디(321)까지 제2-1 와이어(413a)와 제2-2 와이어(413b)의 이동 경로를 제공할 수 있다. 이에, 제2-1 와이어(413a)와 제2-2 와이어(413b)는 제2 베어링 어레이(330)를 이루는 베어링들에 의해 안내되면서 제2-1 마디(321)까지 이동되어 제2-1 마디(321)의 내부에 장착되어 있는 와이어 고정 프레임(301)에 고정될 수 있다.

또한, 제2 베어링 어레이(330)는 제6 모터(414b)로부터 제2-2 마디(322)까지 제2-3 와이어(413c)와 제2-4 와이어(413d)의 이동 경로를 제공할 수 있다. 이에, 제2-3 와이어(413c)와 제2-4 와이어(413d)는 제2 베어링 어레이(330)를 이루는 베어링들에 의해 안내되면서 제2-2 마디(322)까지 이동되어 제2-2 마디(322)의 내부에 장착되어 있는 와이어 고정 프레임(301)에 고정될 수 있다.

그리고 제2 베어링 어레이(330)는 제7 모터(414c)로부터 제2-3 마디(323)까지 제2-5 와이어(413e)와 제2-6 와이어(413f)의 이동 경로를 제공할 수 있다. 이에, 제2-5 와이어(413e)와 제2-6 와이어(413f)는 제2 베어링 어레이(330)를 이루는 베어링들에 의해 안내되면서 제2-3 마디(323)까지 이동되어 제2-3 마디(323)의 내부에 장착되어 있는 와이어 고정 프레임(301)에 고정될 수 있다.

다시 도 13을 참조하면, 제2-1 와이어(413a)와 제2-2 와이어(413b)는 제2-1 마디(321)까지 전용 제2 베어링 어레이(330)에 의해 안내되어 와이어 고정 프레임(301)의 양측에 고정될 수 있다.

이때, 제2-3 와이어(413c), 제2-4 와이어(413d), 제2-5 와이어(413e) 및 제2-6 와이어(413f)는 각각, 전용 제2 베어링 어레이(330)에 의해 안내되어 제2-1 와이어(413a)와 제2-2 와이어(413b) 사이로 통과될 수 있다.

전용 제2 베어링 어레이(330)에 의해 안내되어 제2-2 마디(322)에 도착된 제2-3 와이어(413c)와 제2-4 와이어(413d)는 제2-2 마디(322)의 내부에 장착되어 있는 와이어 고정 프레임(301)의 양측에 고정될 수 있다.

이때, 제2-5 와이어(413e) 및 제2-6 와이어(413f)는 전용 제2 베어링 어레이(330)에 의해 안내되어 제2-3 와이어(413c)와 제2-4 와이어(413d) 사이로 통과될 수 있다.

전용 제2 베어링 어레이(330)에 의해 안내되어 제2-3 마디(323)에 도착된 제2-5 와이어(413e) 및 제2-6 와이어(413f)는 제2-3 마디(323)의 내부에 장착되어 있는 와이어 고정 프레임(301)의 양측에 고정될 수 있다.

이와 같이, 제2-1 와이어(413a), 제2-2 와이어(413b), 제2-3 와이어(413c), 제2-4 와이어(413d), 제2-5 와이어(413e) 및 제2-6 와이어(413f)는 제2 손가락부(320) 내부에서도 각각 전용 제2 베어링 어레이(330)를 통하여 서로 간의 간섭 없이 혹은 서로 간의 간섭이 최소화되는 상태로 배치될 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 구동 모듈(400)은 손바닥 모듈(100)의 내부에 장착될 수 있다. 상기 구동 모듈(400)은 검지, 중지, 약지로 기능하는 세 개의 제1 손가락부(220)와 엄지로 기능하는 한 개의 제2 손가락부(320)를 동작시킬 수 있다.

도 14 및 도 15를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 이러한 구동 모듈(400)은 와이어 구동부(410) 및 기어 구동부(420)를 포함할 수 있다.

와이어 구동부(410)는 예를 들어, 검지로 기능하는 제1 손가락부(220)를 이루는 복수 개의 제1 마디, 즉, 제1-1 마디(221)와 연결되는 제1-1 와이어(411a)와 제1-2 와이어(411b)에 구동력을 제공하여, 상기 제1-1 마디(221)가 MCP 조인트를 축으로 굽힘 동작을 하거나 펼침 동작을 하게 할 수 있다.

이를 위해, 와이어 구동부(410)는, 길이 방향 일단이 제1-1 마디(221)에 연결되어 있는 제1-1 와이어(411a)와 제1-2 와이어(411b)의 길이 방향 타단과 연결되어, 이들의 장력 조절을 위한 구동력을 제공하는 제1 모터(412a)를 포함할 수 있다. 상기 제1 모터(412a)는 감속기와 브러쉬리스(BLDC) 모터의 조합으로 이루어질 수 있다.

또한, 와이어 구동부(410)는 검지로 기능하는 제1 손가락부(220)를 이루는 제1-2 마디(222)와 연결되는 제1-3 와이어(411c)와 제1-4 와이어(411d)에 구동력을 제공하여, 상기 제1-2 마디(222)가 PIP 조인트를 축으로 굽힘 동작을 하거나 펼침 동작을 하게 할 수 있다.

이를 위해, 와이어 구동부(410)는, 길이 방향 일단이 제1-2 마디(222)에 연결되어 있는 제1-3 와이어(411c)와 제1-4 와이어(411d)의 길이 방향 타단과 연결되어, 이들의 장력 조절을 위한 구동력을 제공하는 제2 모터(412b)를 포함할 수 있다. 상기 제2 모터(412b)는 감속기와 브러쉬리스(BLDC) 모터의 조합으로 이루어질 수 있다.

그리고 와이어 구동부(410)는 검지로 기능하는 제1 손가락부(220)를 이루는 제1-3 마디(223)와 연결되는 제1-5 와이어(411e)와 제1-6 와이어(411f)에 구동력을 제공하여, 상기 제1-3 마디(223)가 DIP 조인트를 축으로 굽힘 동작을 하거나 펼침 동작을 하게 할 수 있다.

이를 위해, 와이어 구동부(410)는, 길이 방향 일단이 제1-3 마디(223)에 연결되어 있는 제1-5 와이어(411e)와 제1-6 와이어(411f)의 길이 방향 타단과 연결되어, 이들의 장력 조절을 위한 구동력을 제공하는 제3 모터(412c)를 포함할 수 있다. 상기 제3 모터(412c)는 감속기와 브러쉬리스(BLDC) 모터의 조합으로 이루어질 수 있다.

이러한 제1 모터 내지 제3 모터(412a 내지 412c)는 검지로 기능하는 제1 손가락부(220)를 동작시키는 하나의 모터 세트를 이룰 수 있다.

이와 마찬가지로, 와이어 구동부(410)는 중지로 기능하는 제1 손가락부(220)를 이루는 각 마디에 연결되는 와이어들 및 약지로 기능하는 제1 손가락부(220)를 이루는 각 마디에 연결되는 와이어들에 각각 구동력을 제공할 수 있다.

이를 위해, 와이어 구동부(410)는 중지로 기능하는 제1 손가락부(220)를 동작시키기 위한 상기 모터 세트 및 약지로 기능하는 제1 손가락부(220)를 동작시키기 위한 상기 모터 세트를 구비할 수 있다.

아울러, 와이어 구동부(410)는 엄지로 기능하는 제2 손가락부(320)를 이루는 제2-1 마디(321)와 연결되는 제2-1 와이어(413a)와 제2-2 와이어(413b)에 구동력을 제공하여, 상기 제2-1 마디(321)가 MCP 조인트를 축으로 굽힘 동작을 하거나 펼침 동작을 하게 할 수 있다.

이를 위해, 와이어 구동부(410)는, 길이 방향 일단이 제2-1 마디(321)에 연결되어 있는 제2-1 와이어(413a)와 제2-2 와이어(413b)의 길이 방향 타단과 연결되어, 이들의 장력 조절을 위한 구동력을 제공하는 제5 모터(414a)를 포함할 수 있다. 상기 제5 모터(414a)는 감속기와 브러쉬리스(BLDC) 모터의 조합으로 이루어질 수 있다.

또한, 와이어 구동부(410)는 엄지로 기능하는 제2 손가락부(320)를 이루는 제2-2 마디(322)와 연결되는 제2-3 와이어(413c)와 제2-4 와이어(413d)에 구동력을 제공하여, 상기 제2-2 마디(322)가 PIP 조인트를 축으로 굽힘 동작을 하거나 펼침 동작을 하게 할 수 있다.

이를 위해, 와이어 구동부(410)는, 길이 방향 일단이 제2-2 마디(322)에 연결되어 있는 제2-3 와이어(413c)와 제2-4 와이어(413d)의 길이 방향 타단과 연결되어, 이들의 장력 조절을 위한 구동력을 제공하는 제6 모터(414b)를 포함할 수 있다. 상기 제6 모터(414b)는 감속기와 브러쉬리스(BLDC) 모터의 조합으로 이루어질 수 있다.

그리고 와이어 구동부(410)는 엄지로 기능하는 제2 손가락부(320)를 이루는 제2-3 마디(323)와 연결되는 제2-5 와이어(413e)와 제2-6 와이어(413f)에 구동력을 제공하여, 상기 제2-3 마디(323)가 DIP 조인트를 축으로 굽힘 동작을 하거나 펼침 동작을 하게 할 수 있다.

이를 위해, 와이어 구동부(410)는, 길이 방향 일단이 제2-3 마디(323)에 연결되어 있는 제2-5 와이어(413e)와 제2-6 와이어(413f)의 길이 방향 타단과 연결되어, 이들의 장력 조절을 위한 구동력을 제공하는 제7 모터(414c)를 포함할 수 있다. 상기 제7 모터(414c)는 감속기와 브러쉬리스(BLDC) 모터의 조합으로 이루어질 수 있다.

기어 구동부(420)는 예를 들어, 검지로 기능하는 제1 손가락부(220)의 제1-1 마디(221)와 연결되는 베벨 기어(213)에 구동력을 제공하여, 검지로 기능하는 제1 손가락부(220)가 벌림(abduction) 동작을 하거나 모음(adduction) 동작을 하게 할 수 있다.

이를 위해, 기어 구동부(420)는, 제1 베이스 프레임(210)에 설치되어 있는 상기 베벨 기어(213)와 연결되어, 상기 베벨 기어(213)를 통하여 상기 제1-1 마디(221)에 구동력을 전달하는 제4 모터(421)를 포함할 수 있다. 상기 제4 모터(421)는 감속기와 브러쉬리스(BLDC) 모터의 조합으로 이루어질 수 있다.

이러한 제4 모터(421)는 검지로 기능하는 제1 손가락부(220)를 동작시키는, 제1 모터 내지 제3 모터(412a 내지 412c)로 이루어지는 모터 세트에 추가될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 이와 같이, 검지로 기능하는 제1 손가락부(220)를 동작시키는, 제1 모터 내지 제4 모터(412a, 412b, 412c, 421)는 손바닥 모듈(100)의 내부에 예를 들어, 이층으로 배열될 수 있다.

또한, 기어 구동부(420)는 예를 들어, 중지로 기능하는 제1 손가락부(220)의 제1-1 마디(221)와 연결되는 베벨 기어(213)에 구동력을 제공하여, 중지로 기능하는 제1 손가락부(220)가 벌림(abduction) 동작을 하거나 모음(adduction) 동작을 하게 할 수 있다.

이를 위해, 기어 구동부(420)는, 제1 베이스 프레임(210)에 설치되어 있는 상기 베벨 기어(213)와 연결되어, 상기 베벨 기어(213)를 통하여 상기 제1-1 마디(221)에 구동력을 전달하는 제4 모터(421)를 포함할 수 있다.

이러한 제4 모터(421)는 중지로 기능하는 제1 손가락부(220)를 동작시키는, 제1 모터 내지 제3 모터(412a 내지 412c)로 이루어지는 모터 세트에 추가될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 이와 같이, 중지로 기능하는 제1 손가락부(220)를 동작시키는, 제1 모터 내지 제4 모터(412a, 412b, 412c, 421)는 손바닥 모듈(100)의 내부에 예를 들어, 검지로 기능하는 제1 손가락부(220)를 동작시키는 모터들 옆에 이층으로 배열될 수 있다.

그리고 기어 구동부(420)는 예를 들어, 약지로 기능하는 제1 손가락부(220)의 제1-1 마디(221)와 연결되는 베벨 기어(213)에 구동력을 제공하여, 약지로 기능하는 제1 손가락부(220)가 벌림(abduction) 동작을 하거나 모음(adduction) 동작을 하게 할 수 있다.

이러한 제4 모터(421)는 약지로 기능하는 제1 손가락부(220)를 동작시키는, 제1 모터 내지 제3 모터(412a 내지 412c)로 이루어지는 모터 세트에 추가될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 이와 같이, 약지로 기능하는 제1 손가락부(220)를 동작시키는, 제1 모터 내지 제4 모터(412a, 412b, 412c, 421)는 손바닥 모듈(100)의 내부에 예를 들어, 중지로 기능하는 제1 손가락부(220)를 동작시키는 모터들 옆에 이층으로 배열될 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 검지, 중지, 약지로 기능하는 세 개의 제1 손가락부(220)를 동작시키는 총 12 개의 모터가 손바닥 모듈(100)의 내부에 이층으로 배열될 수 있다.

아울러, 기어 구동부(420)는 엄지로 기능하는 제2 손가락부(320)의 제2-1 마디(321)와 연결되는 기어류에 구동력을 제공하여, 엄지로 기능하는 제2 손가락부(320)가 벌림(abduction) 동작을 하거나 모음(adduction) 동작을 하게 할 수 있다.

이를 위해, 기어 구동부(420)는, 제2 베이스 프레임(310)에 설치되어 있으며, 제1 평 기어(312), 제2 평 기어(313), 제3 평 기어(315) 및 베벨 기어(316)의 조합으로 이루어진 상기 기어류와 연결되어, 상기 기어류를 통하여, 상기 제2-1 마디(321)에 구동력을 전달하는 제8 모터(422)를 포함할 수 있다. 상기 제8 모터(422)는 감속기와 브러쉬리스(BLDC) 모터의 조합으로 이루어질 수 있다.

이러한 제8 모터(422)는 검지로 기능하는 제2 손가락부(320)를 동작시키는 제5 모터(414a), 제6 모터(414b) 및 제7 모터(414c)로 이루어지는 모터 세트에 추가될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 이와 같이, 엄지로 기능하는 제2 손가락부(320)를 동작시키는, 제5 모터 내지 제8 모터(414a, 414b, 414c, 422)는 손바닥 모듈(100)의 내부에 단층으로 배열될 수 있다.

이때, 제5 모터 내지 제8 모터(414a, 414b, 414c, 422)는 검지, 중지, 약지로 기능하는 세 개의 제1 손가락부(220)를 각각 동작시키며, 이층으로 배열되어 있는 세 개의 모터 세트 위에 단층으로 배열될 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 손바닥 모듈(100)의 내부에는 세 개의 제1 손가락부(220)를 이루는 9 개의 마디와 한 개의 제2 손가락부(320)를 이루는 3 개의 마디를 개별 동작시키는 총 16 개의 모터가 콤팩트하게 내장될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 구동 모듈(400)은 상기 총 16 개의 모터를 제어하기 위한 모터 드라이버(423) 및 제어 및 통신 보드(424)를 더 포함할 수 있다. 상기 모터 드라이버(423) 및 제어 및 통신 보드(424)는 손바닥 모듈(100)의 내부에 장착되어, 상기 16 개의 모터와 연결될 수 있다.

또한, 구동 모듈(400)은 상기 제어 및 통신 보드(424)와 연결되며, 외부로부터 전원을 공급 받거나 외부와의 통신을 위한 외부 커넥터(425)를 더 포함할 수 있다. 이때, 외부 커넥터(425)의 접속 단자는 손바닥 모듈(100)의 어느 한 면에서 외부로 노출될 수 있다.

도 16 내지 도 19는 본 발명의 일 실시 예에 따른 고 자유도 로봇 핸드의 다양한 동작을 설명하기 위한 도면들이다.

도 16에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 고 자유도 로봇 핸드(10)는 중지와 약지로 기능하는 2 개의 제1 손가락부(220)는 펼쳐져 있고, 검지로 기능하는 제1 손가락부(220)와 엄지로 기능하는 제2 손가락부(320)가 굽힘 동작되어, 검지로 기능하는 제1 손가락부(220)의 말단과 제2 손가락부(320)의 말단이 서로 접촉되는 제1 동작 모드로 전환될 수 있다.

또한, 도 17에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 고 자유도 로봇 핸드(10)는 검지와 약지로 기능하는 2 개의 제1 손가락부(220)는 펼쳐져 있고, 중지로 기능하는 제1 손가락부(220)와 엄지로 기능하는 제2 손가락부(320)가 굽힘 동작되어, 중지로 기능하는 제1 손가락부(220)의 말단과 제2 손가락부(320)의 말단이 서로 접촉되는 제2 동작 모드로 전환될 수 있다. 이때, 제2 손가락부(320)는, 그 말단이 중지로 기능하는 제1 손가락부(220)의 말단에 접촉되기 위해, A/A 동작될 수 있다.

그리고 도 18에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 고 자유도 로봇 핸드(10)는 검지와 중지로 기능하는 2 개의 제1 손가락부(220)는 펼쳐져 있고, 약지로 기능하는 제1 손가락부(220)와 엄지로 기능하는 제2 손가락부(320)가 굽힘 동작됨과 아울러 A/A 동작되어, 약지로 기능하는 제1 손가락부(220)의 말단과 제2 손가락부(320)의 말단이 서로 접촉되는 제3 동작 모드로 전환될 수 있다.

아울러, 도 19에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 고 자유도 로봇 핸드(10)는 검지, 중지, 약지로 기능하는 세 개의 제1 손가락부(220)가 모두 굽힘 동작되고, 엄지로 기능하는 제2 손가락부(320)가 굽힘 동작됨과 아울러 A/A 동작되어, 주먹을 쥔 형상 혹은 물체를 움켜 잡는 형상을 이루는 제4 동작 모드로 전환될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 고 자유도 로봇 핸드(10)는 각각 4 자유도를 가지는 검지, 중지, 약지로 기능하는 세 개의 제1 손가락부(220)와, 4 자유도를 가지는 엄지로 기능하는 한 개의 제2 손가락부(320)의 독립 구동이 가능할 수 있다. 이때, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 검지로 기능하는 제1 손가락부(220)를 이루는 세 개의 마디, 중지로 기능하는 제1 손가락부(220)를 이루는 세 개의 마디, 약지로 기능하는 제1 손가락부(220)를 이루는 세 개의 마디 및 엄지로 기능하는 제2 손가락부(320)를 이루는 세 개의 마디가 모두 개별 동작될 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 일 실시 예에 따른 고 자유도 로봇 핸드(10)는 도 17 내지 도 19에서 예시한 제1 동작 모드 내지 제4 동작 모드 외에도 상황에 따라 수십 가지의 동작 모드로 더 전환될 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 고 자유도 로봇 핸드(10)는 보다 정밀한 동작 혹은 세밀한 동작이 가능하여, 다양한 수신호를 만들거나 예를 들어, 크기나 모양이 다른 다양한 물체들에 대한 안정적이고 효율적인 파지가 가능할 수 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

10; 고 자유도 로봇 핸드 100; 손바닥 모듈
200; 제1 손가락 모듈 201; 와이어 고정 프레임
210; 제1 베이스 프레임 211; 모터 접속구
212; 스토퍼 부재 212a; 회전 부재
212b; 스토퍼 213; 베벨 기어
220; 제1 손가락부 221; 1-1 마디
222; 1-2 마디 223; 1-3 마디
230; 제1 베어링 어레이 300; 제2 손가락 모듈
301; 와이어 고정 프레임 310; 제2 베이스 프레임
311; 모터 접속구 312; 제1 평 기어
313; 제2 평 기어 314; 샤프트
315; 제3 평 기어 316; 베벨 기어
320; 제2 손가락부 321; 2-1 마디
322; 2-2 마디 323; 2-3 마디
330; 제2 베어링 어레이 400; 구동 모듈
410; 와이어 구동부 411a; 제1-1 와이어
411b; 제1-2 와이어 411c; 제1-3 와이어
411d; 제1-4 와이어 411e; 제1-5 와이어
411f; 제1-6 와이어 412a; 제1 모터
412b; 제2 모터 412c; 제3 모터
413a; 제2-1 와이어 413b; 제 2-2 와이어
413c; 제2-3 와이어 413d; 제2-4 와이어
413e; 제2-5 와이어 413f; 제2-6 와이어
414a; 제5 모터 414b; 제6 모터
414c; 제7 모터 420; 기어 구동부
421; 제4 모터 422; 제8 모터
423; 모터 드라이버 424; 제어 및 통신 보드
425; 외부 커넥터

Claims

설정 체적을 가지는 손바닥 모듈;
상기 손바닥 모듈의 일측과 탈부착 가능하게 결합되는 제1 베이스 프레임, 및 상기 제1 베이스 프레임에 일 방향으로 연결되며, 복수 개의 제1 마디로 이루어지는 적어도 둘 이상의 제1 손가락부를 포함하는 제1 손가락 모듈;
상기 손바닥 모듈의 타측과 탈부착 가능하게 결합되는 제2 베이스 프레임, 및 상기 베이스 프레임에 연결되며, 복수 개의 제2 마디로 이루어지는 제2 손가락부를 포함하는 제2 손가락 모듈; 및
상기 손바닥 모듈의 내부에 장착되며, 상기 적어도 둘 이상의 제1 손가락부와 상기 제2 손가락부를 동작시키는 구동 모듈;을 포함하되,
상기 구동 모듈은,
상기 복수 개의 제1 마디 및 복수 개의 제2 마디 각각과 개별 연결되는 와이어에 구동력을 제공하는 와이어 구동부; 및
상기 적어도 둘 이상의 제1 손가락부 및 상기 제2 손가락부의 A(abduction)/A(adduction) 동작이 가능하도록, 상기 적어도 둘 이상의 제1 손가락부 및 상기 제2 손가락부와 개별 연결되는 기어에 구동력을 제공하는 기어 구동부를 포함하는, 고 자유도 로봇 핸드.
제1 항에 있어서,
상기 제1 손가락부와 제1 베이스 프레임 및 상기 제2 손가락부와 제2 베이스 프레임은 각각, MCP 조인트를 통하여 연결되고,
서로 이웃하는 제1 마디 및 서로 이웃하는 제2 마디는 각각, 길이 방향으로 PIP 조인트 및 DIP 조인트를 통하여 연결되되,
상기 MCP 조인트는 2 자유도를 제공하고, 상기 PIP 조인트 및 DIP 조인트는는 각각, 1 자유도를 제공하는, 고 자유도 로봇 핸드.
제2 항에 있어서,
상기 제1 마디는 상기 MCP 조인트를 통하여 상기 제1 베이스 프레임과 연결되는 제1-1 마디, 상기 PIP 조인트를 통하여 상기 제1-1 마디와 연결되는 제1-2 마디 및 상기 DIP 조인트를 통하여 상기 제1-2 마디와 연결되는 제1-3 마디를 포함하며,
상기 제1 손가락 모듈은 상기 제1-1 마디와 연결되어, 상기 MCP 조인트를 축으로 상기 제1-1 마디를 굽힘/펼침 동작시키는 제1-1 와이어 및 제1-2 와이어, 상기 제1-2 마디와 연결되어, 상기 PIP 조인트를 축으로 상기 제1-2 마디를 굽힘/펼침 동작시키는 제1-3 와이어 및 제1-4 와이어, 상기 제1-3 마디와 연결되어 상기 DIP 조인트를 축으로 상기 제1-3 마디를 굽힘/펼침 동작시키는 제1-5 와이어 및 제1-6 와이어를 더 포함하는, 고 자유도 로봇 핸드.
제3 항에 있어서,
상기 와이어 구동부는, 상기 제1-1 와이어의 제1-2 와이어의 장력 조절을 위한 구동력을 제공하는 제1 모터, 상기 제1-3 와이어와 제1-4 와이어의 장력 조절을 위한 구동력을 제공하는 제2 모터 및 상기 제1-5 와이어와 제1-6 와이어의 장력 조절을 위한 구동력을 제공하는 제3 모터를 더 포함하며,
상기 제1 모터 내지 제3 모터는 하나의 상기 제1 손가락부와 연결되는 하나의 모터 세트를 이루고,
상기 제1 손가락부가 복수 개 구비되는 경우, 상기 와이어 구동부는 상기 복수 개의 제1 손가락부와 일대일 대응되는 복수 개의 모터 세트를 구비하는, 고 자유도 로봇 핸드.
제4 항에 있어서,
상기 제1 손가락 모듈은 제1 베어링 어레이를 더 포함하되,
상기 제1 베어링 어레이는, 상기 제1 모터로부터 상기 제1-1 마디까지 상기 제1-1 와이어와 제1-2 와이어의 이동 경로를 제공하고, 상기 제2 모터로부터 상기 제1-2 마디까지 상기 제1-3 와이어와 제1-4 와이어의 이동 경로를 제공하며, 상기 제3 모터로부터 상기 제1-3 마디까지 상기 제1-5 와이어와 제1-6 와이어의 이동 경로를 제공하는, 고 자유도 로봇 핸드.
제5 항에 있어서,
상기 제1-1 와이어와 제1-2 와이어는 상기 제1-1 마디의 폭 방향 양측에 고정되되,
상기 제1-3 와이어, 제1-4 와이어, 제1-5 와이어 및 제1-6 와이어는 상기 제1-1 와이어와 제1-2 와이어 사이로 통과되며,
상기 제1-3 와이어와 제1-4 와이어는 상기 제1-2 마디의 폭 방향 양측에 고정되고,
상기 제1-5 와이어와 제1-6 와이어는 상기 제1-3 와이어와 제1-4 와이어 사이로 통과된 후 상기 제1-3 마디의 폭 방향 양측에 고정되는, 고 자유도 로봇 핸드.
제4 항에 있어서,
상기 제1 베이스 프레임에는 상기 제1 모터 내지 제3 모터 각각의 회전축이 관통 결합되는 복수 개의 모터 접속구가 형성되며,
상기 복수 개의 모터 접속구 각각에는 상기 각 회전축의 회전 범위를 제한하는 스토퍼 부재가 형성되되,
상기 스토퍼 부재는,
상기 회전축에 축 결합되며, 원주 방향 일측에 반경 방향으로 돌기가 돌출되는 회전 부재; 및
상기 돌기의 회전 경로 양측과 마주하며, 상기 돌기가 회전하다가 충돌되는 경우, 상기 돌기의 더 이상의 회전을 구속하는 스토퍼를 포함하는, 고 자유도 로봇 핸드.
제1 항에 있어서,
상기 기어 구동부는 제4 모터를 포함하며,
상기 제1 베이스 프레임에는 상기 제1 손가락부 및 상기 제4 모터와 연결되어, 상기 제4 모터로부터 제공되는 구동력을 상기 제1 손가락부에 전달하는 베벨 기어가 구비되는, 고 자유도 로봇 핸드.
제2 항에 있어서,
상기 제2 마디는 상기 MCP 조인트를 통하여 상기 제2 베이스 프레임과 연결되는 제2-1 마디, 상기 PIP 조인트를 통하여 상기 제2-1 마디와 연결되는 제2-2 마디 및 상기 DIP 조인트를 통하여 상기 제2-2 마디와 연결되는 제2-3 마디를 포함하며,
상기 제2 손가락 모듈은 상기 제2-1 마디와 연결되어, 상기 MCP 조인트를 축으로 상기 제2-1 마디를 굽힘/펼침 동작시키는 제2-1 와이어 및 제2-2 와이어, 상기 제2-2 마디와 연결되어, 상기 PIP 조인트를 축으로 상기 제2-2 마디를 굽힘/펼침 동작시키는 제2-3 와이어 및 제2-4 와이어, 상기 제2-3 마디와 연결되어 상기 DIP 조인트를 축으로 상기 제2-3 마디를 굽힘/펼침 동작시키는 제2-5 와이어 및 제2-6 와이어를 더 포함하는, 고 자유도 로봇 핸드.
제9 항에 있어서,
상기 와이어 구동부는, 상기 제2-1 와이어와 제2-2 와이어의 장력 조절을 위한 구동력을 제공하는 제5 모터, 상기 제2-3 와이어와 제2-4 와이어의 장력 조절을 위한 구동력을 제공하는 제6 모터 및 상기 제2-5 와이어 및 제2-6 와이어의 장력 조절을 위한 구동력을 제공하는 제7 모터를 더 포함하는, 고 자유도 로봇 핸드.
제10 항에 있어서,
상기 제2 손가락 모듈은 제2 베어링 어레이를 더 포함하되,
상기 제2 베어링 어레이는, 상기 제5 모터로부터 상기 제2-1 마디까지 상기 제2-1 와이어와 제2-2 와이어의 이동 경로를 제공하고, 상기 제6 모터로부터 상기 제2-2 마디까지 상기 제2-3 와이어와 제2-4 와이어의 이동 경로를 제공하며, 상기 제7 모터로부터 상기 제2-3 마디까지 상기 제2-5 와이어와 제2-6 와이어의 이동 경로를 제공하는, 고 자유도 로봇 핸드.
제11 항에 있어서,
상기 제2-1 와이어와 제2-2 와이어는 상기 제2-1 마디의 폭 방향 양측에 고정되되,
상기 제2-3 와이어, 제2-4 와이어, 제2-5 와이어 및 제2-6 와이어는 상기 제2-1 와이어와 제2-2 와이어 사이로 통과되며,
상기 제2-3 와이어와 제2-4 와이어는 상기 제2-2 마디의 폭 방향 양측에 고정되고,
상기 제2-5 와이어와 제2-6 와이어는 상기 제2-3 와이어와 제2-4 와이어 사이로 통과된 후 상기 제2-3 마디의 폭 방향 양측에 고정되는, 고 자유도 로봇 핸드.
제1 항에 있어서,
상기 기어 구동부는 제8 모터를 포함하며,
상기 제2 베이스 프레임에는 상기 제2 손가락부 및 상기 제8 모터와 연결되어, 상기 제8 모터로부터 제공되는 구동력을 상기 제2 손가락부에 전달하는 기어류가 구비되되,
상기 기어류는,
상기 제8 모터의 회전축에 축 결합되는 제1 평 기어;
상기 제1 평 기어에 기어 결합되는 제2 평 기어;
상기 제2 평 기어가 길이 방향 일측에 축 결합되어 있는 샤프트의 길이 방향 타측에 축 결합되는 제3 평 기어; 및
일측은 상기 제3 평 기어에 기어 결합되고 타측은 상기 제2 손가락부의 단부에 연결되는 베벨 기어를 포함하는, 고 자유도 로봇 핸드.
제13 항에 있어서,
상기 제2 손가락부는 상기 손바닥 모듈의 일측면으로 제공되는 손바닥 면과 수평을 이루는 방향과 수직을 이루는 방향 수평 방향을 왕복하는 경로로 상기 A/A 동작되는, 고 자유도 로봇 핸드.