KR20010067923A - 엔터테인먼트 로봇용 손가락 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자연스럽고 유연한 동작이 가능함은 물론 소형화 구현이 가능하면서 외부의 충격에 대해 뛰어난 유연성으로 말미암아 손가락 관절이 잘 부러지지 않도록 한 엔터테인먼트 로봇용 손가락 구조에 관한 것이다.

즉, 본 발명은 애니메이션 등의 산업에서 사용되는 엔터테인먼트 로봇에서 팔 부위를 형성하는 금속관(4)에 손바닥 형상을 갖는 철판(3)이 조립된 다음, 이 철판(3)에 손가락(1) 형태가 조립되어 관절의 움직임을 구현하기 위한 엔터테인먼트 로봇용 손가락 구조에 있어서, 상기 철판(3)에 조립되는 손가락(1)이 일체형의 고강도 스프링으로 이루어지고; 상기 고강도 스프링으로 이루어진 각 손가락(1)에 부분별 관절을 구현할 수 있게 다수개의 원통형 링(2)이 각각 끼워지며; 상기 손가락(1)의 움직임을 구현하기 위해 가느다란 금속선(5)이 각 손가락(1)의 끝 부분에 고정된 상태로 각 원통형 링(2)을 통과하여 철판(3)의 손바닥 부위에 모아진 후에 상기 금속관(4) 내부를 통해 손목 이하 부분까지 연장되어 실린더에 연결된 것이다.

Description

엔터테인먼트 로봇용 손가락 구조{A structure finger of entertainment robot}

본 발명은 엔터테인먼트 로봇용 손가락 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엔터테인먼트 로봇의 손가락 구조를 일체형의 고강도 스프링을 지지대로 하고 그 각 손가락 의 부분별 관절 부위를 원통형 링으로 결합 구현함으로써, 소형화 구현이 가능하면서 외부의 충격에 대해 뛰어난 유연성으로 말미암아 손가락 관절이 잘 부러지지 않도록 한 엔터테인먼트 로봇용 손가락 구조에 관한 것이다.

일반적으로 엔터테인먼트 로봇(E.R. ; Entertainment Robot, 혹은 "애니매트로닉스"이라고도 한다)은 테마 파크 등 애니메이션 관련 산업에 많이 사용되는 전기, 전자, 기계 등의 종합적인 메카트로닉스 기술과 제한된 공간에 다 기능이 축약된 기술 집약적인 분야이다.

이러한 애니메이션과 관련된 엔터테인먼트 로봇은 그 동작 및 모습이 실물과 구별할 수 없을 정도의 유사성과 유연함이 내재되는 것이 바람직하다.

특히, 인체 등을 구현하는 경우에 얼굴, 관절 및 전체적인 움직임이 자연스러워야 함으로, 이의 구현은 더욱 까다로우며 보다 정교함을 요구하게 된다.

이와 같은 정교함을 요구함에도 불구하고 종래의 애니메이션 등에 이용되는 엔터테인먼트 로봇은 도 1에 도시된 바와 같은 방법으로 관절의 움직임을 구현하고 있다.

즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 종래 엔터테인먼트 로봇에서 손가락 관절을 구현하는 방식은, 각 손가락의 마디마다 디귿자형 철재(10,11,12)를 제작 활용하고, 상기 철재(10,11,12)들을 상호 연결핀(13)으로 연결하여 각 연결부위가 부분별 관절처럼 구부러지도록 되어 있다.

그리고, 상기와 같은 디귿자형 철재(10,11,12)로 이루어진 손가락을 부분별 관절 형태로 움직이도록 하기 위해서 첫 번째 손가락 마디를 형성하는 철재(10)에 하우징(14)을 연결하고, 이 하우징(14) 내에 피스톤 축(16)이 구비된 공압실린더 (15)를 안착한 다음, 상기 피스톤 축(16)에 각 손가락 마디를 이루는 철재(10,11, 12)와 연계되는 회동링크(17)들이 각각 연속적으로 배열되는 방식을 취하고 있다.

이때, 상기 공압실린더(15)의 설치 위치는 손등 방향에 위치하여 첫 번째 손가락 마디를 이루는 철재(10)의 위쪽 방향에서 밀어주는 형태로 작용하도록 되어 있다.

그리고, 상기와 같이 구성된 상태에서 각 부위에 살갗 형태의 피복을 입혀 실물과 유사하도록 제작하게 된다.

그런 다음, 상기와 같은 종래 엔터테인먼트 로봇으로 물건을 손으로 집거나 주먹을 쥐는 형태를 표현하고자 할 때는 상기 공압실린더(15)의 작동에 따라 피스톤 축(16)이 신축되면서 각각의 회동링크(17)들을 순차적으로 손등 방향에서 밀어주게 됨에 따라 각 손가락 마디를 이루는 철재(10,11,12)들이 순차적으로 손바닥 쪽으로 구부러지면서 손가락 관절이 움직여지는 형태로 표현되게 된다.

이때, 상기 공압실린더(15)가 동시에 작동하여 철재(10,11,12)들로 이루어진 손가락들이 동시에 구부러지게 되면 물건을 집거나 주먹을 쥐는 형태가 표현되게 되는 것이다.

여기서, 도면에 도시된 미 설명부호 18은 철재(10,11,12) 손가락들이 연결되어 손바닥 역할을 하는 플레이트(18)이다.

또한, 첨부도면 도 1에는 세 개의 손가락만을 도시하고 있으나, 이는 도면 기재 상 세 개만을 도시한 것이고, 실제로는 다섯 개의 손가락이 구비된다.

그리고, 종래에 도면에는 도시되어 있지 않았지만 상기와 같은 디귿자형 철재(10,11,12)들로 각 손가락 마디를 제작하는 방식에서 상기 회동링크(17)들이 아닌 가느다란 금속선을 손가락 마디를 이루는 철재들에 연결한 다음, 이 금속선을 몸통 쪽에 위치한 공압실린더(혹은 유압실린더)에 연결하여 실린더 작동에 따라 금속선을 당겨 손가락의 움직임을 표현하는 방식도 채용하고 있다.

그러나, 상기와 같은 동작 방식들은 관절의 꺾임이 유연하지 못하고 다소 동작이 끊어지는 듯하여 자연스럽지 못하다는 단점이 있었다.

또한, 종래 엔터테인먼트 로봇에 있어서, 상기와 같은 디귿자형 철재(10,11, 12)들을 이용하여 관절을 구현하는 경우에는 각각의 손가락 마디를 이루는 디귿자형 철재(10,11,12)들 이외에도 관절의 구부러짐을 표현하기 위해 철재(10,11,12)들을 서로 회동 가능하게 연결하는 연결핀(13)과 회동링크(17)들 등의 여러 가지 부속품들이 요구됨에 따라 조립과정의 번거로움과 많은 부속품이 요구된다는 문제점이 있었다.

특히, 각 관절부위가 구획된 상태에서 철재(10,11,12)들의 외부에 피복을 입히는 관계로 유연한 움직임의 구현에 한계가 있게 되고, 아기 손과 같은 소형화가 필요한 부분에서는 부속품들의 소형화가 이루어져야 함에 따른 로봇의 소형화에 어려움이 있었다.

그리고, 상기와 같은 철재(10,11,12)들을 이용한 소형화의 어려움에도 불구하고, 부득이 디귿자형 철재(10,11,12)들을 이용하여 소형화가 요구되는 아기 손에서와 같은 손가락 관절을 구현하더라도 손가락 관절 부위의 움직임과 상반되는 외부의 충격이 가해질 경우에 관절 부위가 취약하여 쉽게 부러진다는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 일체형의 고강도 스프링과 원통형 링을 이용하여 손가락 및 손가락 관절을 구현함으로써, 소요되는 부속품을 간소화시킴은 물론 소형화 구현이 가능하면서 외부의 충격에 대해 뛰어난 유연성으로 말미암아 손가락 관절이 잘 부러지지 않도록 한 엔터테인먼트 로봇용 손가락 구조를 제공하는 데 있다.

도 1은 종래 엔터테인먼트 로봇의 손가락 구조를 도시한 분해 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 엔터테인먼트 로봇의 손가락 구조를 구현한 상태를 도시한 사시도,

도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 엔터테인먼트 로봇에 있어 손목 관절을 구현하기 위한 공압실린더가 금속관 내부에 설치된 상태를 도시한 도면.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 손가락 2 : 원통형 링

3 : 철판 4 : 금속관

5 : 금속선 6 : 가이드관

7 : 회동축 8 : 공압실린더

9 : 피스톤 축

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 애니메이션 등의 산업에서 사용되는 엔터테인먼트 로봇에서 팔 부위를 형성하는 금속관에 손바닥 형상을 갖는 철판이 조립된 다음, 이 철판에 손가락 형태가 조립되어 관절의 움직임을 구현하기 위한 엔터테인먼트 로봇용 손가락 구조에 있어서, 상기 철판에 조립되는 손가락이 일체형의 고강도 스프링으로 이루어지고, 상기 고강도 스프링으로 이루어진 각 손가락에 부분별 관절을 구현할 수 있게 다수 개의 원통형 링이 각각 끼워지며, 상기 손가락의 움직임을 구현하기 위해 가느다란 금속선이 각 손가락의 끝 부분에 고정된 상태로 각 원통형 링을 통과하여 철판의 손바닥 부위에 모아진 후에 상기 금속관 내부를 통해 손목 이하 부분까지 연장되어 실린더에 연결된 것을 특징으로한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하기로 한다.

첨부도면 도 2는 본 발명에 따른 엔터테인먼트 로봇의 손가락 구조를 구현한 상태를 도시한 사시도 이고, 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 엔터테인먼트 로봇에 있어 손목 관절을 구현하기 위한 공압실린더가 설치된 상태를 도시한 도면으로써, 본 발명은 엔터테인먼트 로봇의 손가락 및 손가락 관절을 구현함에 있어 일체형의 고강도 스프링과 원통형 링을 채용하여 구현함을 특징으로 하고 있다.

이때, 상기 고강도 스프링은 소형화 표현이 용이하고 외부의 충격에 유연하게 대응할 수 있어 쉽게 부러지지 않는 특성을 가지고 있다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 엔터테인먼트 로봇의 팔 부위는 종래와 마찬가지로 원통 혹은 사각형 형상을 갖는 금속관(4)으로 형성되고, 상기 금속관(4)의 전면 손목 부위에는 손목 관절을 구현할 수 있도록 손바닥 모양을 갖는 일체형 철판(3)이 힌지 구동 가능하게 연결되며, 상기 손바닥을 이루는 철판(3)에는 각 손가락 위치에 맞게 일체형의 고강도 스프링이 용접되어 손가락(1) 형태로 고정 형성되어 있다.

또한, 상기 고강도 스프링으로 이루어진 각 손가락(1)의 관절 부위를 구현하기 위하여 각 손가락 관절 부위에는 원통형 링(2)이 끼워져 용접 고정되어 있고, 상기 각 손가락(1)의 움직임은 각 손가락(1) 끝 부분에 연결되어 있는 각각의 가느다란 금속선(5)을 당김으로써 이루어지도록 되어 있다.

이때, 상기 각 손가락(1) 끝 부분에 연결되는 금속선(5)은 종래의 디귿자형 철재로 이루어진 손가락의 관절을 제어할 때와 마찬가지로 도시되지 않은 공압실린더(혹은 유압실린더)에 연결되어 실린더의 작동에 따라 금속선(5)을 당겼다 놓았다 하면서 손가락(1)의 움직임을 제어하도록 되어 있는 것으로, 상기 금속선(5)은 각 손가락(1) 끝 부분에 각각 고정된 상태에서 손가락(1)의 각 부분별 관절을 이루는 원통형 링(2)을 통과하여 손바닥 부위에 배치 구비된 각 가이드관(6)을 지나 손목 부위에서 모아진 후에 팔을 이루는 금속관(4) 내부를 통해 손목 이하 부분까지 연장되어 도시되지 않은 공압실린더(혹은 유압실린더)에 연결되도록 되어 있다.

여기서, 상기 손가락(1)의 관절부위를 구현하기 위해 끼워진 원통형 링(2)은 손가락(1)을 움직이기 위해 금속선(5)을 당길 때 손가락(1)을 이루는 고강도 스프링(2)이 꺾이면서 손가락 관절이 꺾이는 것처럼 보일 수 있도록 일반적인 손가락 관절과 일치하는 위치에 끼워지는 것이 아니라 관절 위치에서 약간 벗어난 위치에 끼워져 구비되게 된다.

즉, 상기 금속선(5)을 당겨 손가락(1)을 구부릴 때 상기 원통형 링(2) 자체가 꺾이는 것이 아니라 원통형 링(2)을 기준점으로 하여 고강도 스프링이 앞으로 당겨지면서 관절 형태로 구부러지게 되는 것이다.

또한 상기 손바닥을 이루는 철판(3)에 구비된 가이드관(6)은 상기 가느다란 금속선(5)이 관통하여 지나갈 수 있는 작은 직경을 갖는 관으로, 각각의 손가락(1) 방향을 따라 배치된 상태에서 손목 부위에서 금속선(5)이 모아질 수 있는 형태로 손바닥 면에 일체로 접합되어 있다.

이처럼 상기 철판(3)의 손바닥 면에 금속선(5)이 관통되게 지나가는 가이드관(6)을 손가락 방향에 맞춰 개별적으로 설치하는 이유는 상기 금속선(5)을 당겨 손가락(1)의 움직임을 제어할 때 보다 자연스럽고 원활하게 손가락(1)의 움직임을 표현하기 위함이다.

한편, 본 발명에 따른 엔터테인먼트 로봇의 손목 관절의 움직임은 손바닥을 이루는 철판(3)과 금속관(4) 사이에 회동 가능하게 연결된 손목 부위에 공압실린더 (8)를 설치하여 공압실린더(8)의 작동에 따라 손목 관절이 꺾이도록 되어 있다.

즉, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 손목 부위의 금속관(4) 내부에 공압실린더(8)가 설치되고, 이 공압실린더(8)의 피스톤 축(9)이 손바닥을 이루는 철판(3)의 끝단, 즉, 금속관(4)과 철판(3)이 회동 가능하게 연결된 회동축(7)과 소정 거리를 두고 연장된 철판(3)의 끝단 부위에 접합되어 있다.

따라서, 상기 로봇의 손가락(1)을 움직이기 위해 금속선(5)을 당길 때는 상기 공압실린더(8)에 의해 손목 관절은 고정된 상태를 유지할 수 있게 되고, 손목 관절을 움직이고자 할 때는 공압실린더(8)가 작동하여 피스톤 축(9)이 신장함과 동시에 철판(3)의 끝단이 상기 회동축(7)을 중심으로 회동하게 되어 상기 철판(3)과 금속관(4)의 연결 부위가 꺾여지면서 마치 손목 관절이 꺾여지는 것과 같은 상태를 구현하게 된다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 엔터테인먼트 로봇용 손가락의 작동 상태를 살펴보면 다음과 같다.

본 발명에 따른 각 손가락(1)의 움직임은 각 손가락(7) 끝 부분에 연결된 각각의 가는 금속선(5)을 당김으로써 이루어지는 데, 금속선(5)의 당기는 강도에 따라 부분별 손가락 관절의 움직임이 제어되게 된다.

즉, 상기 금속선(5)의 당기는 강도가 약한 경우에는 자연스럽게 통상의 손가락 관절이 구부러지는 형태로 순차적으로 움직이게 되고, 주먹 쥐기 형태를 표현하고자 할 때는 한꺼번에 각 손가락(1)에 연결된 모든 금속선(5)을 강하게 당김으로써 이루어지게 된다.

또한, 손목 관절의 움직임을 표현하고자 할 때는 상기 금속관(4) 내부의 공압실린더(8)를 작동하여 피스톤 축(9)에 연결된 철판(3)의 끝단을 밀어서 회동축 (7)을 기준으로 철판(3)을 회동시키게 되면 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 일체형의 고강도 스프링과 원통형 링으로 손가락 및 손가락 관절을 구현하고, 손가락 끝 부분에 가는 금속선을 연결 고정하여 실린더 작동을 통해 금속선을 당겼다 놓았다가 하면서 손가락의 움직임을 제어하도록 함으로써, 애니메이션 산업에서 필요로 하는 자연스럽고 유연한 동작이 가능한 로봇의 관절구조 구현이 가능하게 되는 효과가 있다.

또한, 엔터테인먼트 로봇에 있어서, 아기 손과 같은 소형화가 필요한 관절 부위에 적용 가능하게 됨은 물론 부속품을 간소화할 수 있는 이점이 있다.

특히, 본 발명에 따라 손가락을 고강도 스프링으로 대치함에 따라 외부의 충격에 대해 뛰어난 유연성으로 말미암아 손가락 관절이 잘 부러지지 않는 이점이 있다.

Claims (3)

1. 애니메이션 등의 산업에서 사용되는 엔터테인먼트 로봇에서 팔 부위를 형성하는 금속관에 손바닥 형상을 갖는 철판이 조립된 다음, 이 철판에 손가락 형태가 조립되어 관절의 움직임을 구현하기 위한 엔터테인먼트 로봇용 손가락 구조에 있어서,

   상기 철판에 조립되는 손가락이 일체형의 고강도 스프링으로 이루어지고;

   상기 고강도 스프링으로 이루어진 각 손가락에 부분별 관절을 구현할 수 있게 다수개의 원통형 링이 각각 끼워지며;

   상기 손가락의 움직임을 구현하기 위해 가느다란 금속선이 각 손가락의 끝 부분에 고정된 상태로 각 원통형 링을 통과하여 철판의 손바닥 부위에 모아진 후에 상기 금속관 내부를 통해 손목 이하 부분까지 연장되어 실린더에 연결된 것을 특징으로 하는 엔터테인먼트 로봇용 손가락 구조.
2. 제1항에 있어서,

   상기 철판의 손바닥 면에는 상기 금속선이 관통되게 지나가는 가이드관이 각각의 손가락에 맞춰 구비되어 손목 부위에서 금속선이 모아질 수 있는 형태로 배치된 것을 특징으로 하는 엔터테인먼트 로봇용 손가락 구조.
3. 제1항에 있어서,

   상기 금속관에 조립되는 손바닥 형상의 철판은 회동 가능하게 회동축을 매개로 연결 조립되고, 상기 금속관 내에 피스톤 축이 구비된 공압실린더가 설치되며, 이 공압실린더의 피스톤 축에 철판의 끝단이 연결되어 공압실린더의 작동에 따라 철판과 금속관 사이에서 손목 관절의 움직임이 구현되는 것을 특징으로 하는 엔터테인먼트 로봇용 손가락 구조.