KR20060093121A - 로봇 핸드 장치 - Google Patents

Abstract

베이스(2)와, 모터(M)와, 상기 모터(M)의 구동축에 대해 평행하면서 오프셋된 제1 축(S1) 둘레로 회전 가능하게 상기 베이스(2)에 지지되어 있고, 제어축(42)을 이동 가능하게 지지하는 제1 안내 경로(11b)를 가지는 제1 링크부재(10)와, 상기 구동축(G)에 연결됨과 동시에 상기 제어축(42)을 지지하며, 상기 구동축(G)의 회전에 따라서 상기 제어축(42)을 상기 제1 안내 경로(11b) 내에서 이동시키는 제2 링크부재(20)와, 제2 축(S2) 둘레로 회전 가능하게 상기 제1 링크부재(11b)에 지지되어 있고, 상기 제어축(42)과의 직접 또는 간접적인 링크 결합에 의해, 상기 제어축(42)의 동작에 따라서 회전 구동되는 손가락 링크부재(Fl)를 구비하는 로봇 핸드 장치(1).

Description

로봇 핸드 장치{Robot hand apparatus}

본 발명은 손가락을 교차하는 2축 중심으로 동작시킬 수 있는 로봇 핸드 장치에 관한 것이다.

종래부터 로봇에 다양한 작업을 시키는 것을 목적으로 하여, 인간의 손을 모방한 로봇 핸드 장치의 연구 개발이 다양하게 이루어져 왔다.

특히, 인간의 다섯 손가락 중에서 엄지 손가락의 기능을 재현하는 경우에는, 예를 들면, 손바닥을 위로 향했을 때, 엄지를 높이 방향으로 회전시키는 축과, 엄지를 좌우 방향으로 회전시키는 축의 서로 교차하는 2개의 축이 필요하다(예를 들면, 일본 특개 2003-117873호 공보 참조).

하지만, 종래의 로봇 핸드 장치에서는, 손가락을 교차하는 2축 둘레로 동작시키기 위해서는, 모터, 감속 기구, 그리고 모터 드라이버 등이 각 축마다 2계통이 필요하다. 이 때문에, 부품 수가 증가하여 로봇 핸드 장치의 중량이 증대되어, 그 결과, 용적이나 출력이 제한되는 휴머노이드형 로봇에게 있어서는 불리한 요인이 된다.

따라서, 간단한 구성으로 손가락을 교차하는 2축 둘레로 동작시킬 수 있는 로봇 핸드 장치에 대한 요구가 있었다.

본 발명은 베이스와, 모터와, 제1 링크부재와, 제2 링크부재와, 손가락 링크부재를 구비하는 로봇 핸드 장치에 관한 것이다.

이 로봇 핸드 장치에서는, 모터는 베이스에 고정되어 있고, 제1 링크부재는 제1 축 둘레로 회전 가능하게 베이스에 지지되어 있는 동시에, 제어축을 이동 가능하게 지지하는 제1 안내 경로를 구비하고 있다. 여기서, 제1 축은 모터의 구동축에 대해 평행하면서 오프셋된 축이다.

제2 링크부재는 모터의 구동축에 연결됨과 동시에 제어축을 지지하는 것으로, 제어축을 모터의 구동축의 회전에 따라서 제1 안내 경로 내에서 이동 가능하도록 하는 것이다.

그리고, 손가락 링크부재는 제1 축에 교차하는 제2 축 둘레로 회전 가능하게, 제1 링크부재에 지지되어 있는 동시에, 제어축에 직접 또는 간접적으로 링크 결합되어 있으며, 제어축의 동작에 의해 회전 구동되도록 구성된다.

이 로봇 핸드 장치에 의하면, 손가락 링크부재를 단일 모터로 교차하는 2축 둘레로 동작시킬 수 있으므로, 각 축마다 모터, 감속 기구, 모터 드라이버 등을 설치하지 않아도 된다.

이 로봇 핸드 장치에서는, 예를 들면, 베이스는 제1 안내 경로의 가동 범위 내에 제2 안내 경로를 가지며, 제2 링크부재는 구동축에 고착된 회전체와, 회전체에 회전 가능하게 지지됨과 동시에 제어축을 지지하는 연결 링크를 포함하여 구성되어 있는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 제1 링크부재와 손가락 링크부재를 거의 별개로 동작시킬 수 있게 된다. 예를 들면, 제1 링크부재를 동작시킨 후에 손가락 링크부재를 동작시킬 수 있다.

또, 제2 안내 경로는 제1 안내로와 제2 안내로가 접속되어 구성되는 것이 바람직하다. 이 경우, 제1 안내로는 제1 축을 중심으로 원주 방향으로 연장되도록 형성되어 있으며, 제어축을 상기 제1 축을 중심으로 원주 방향으로 안내하는 것이 바람직하고, 제2 안내로는 제1 축의 직경 방향으로 연장되도록 형성되어 있으며, 제어축을 제1 축의 직경 방향으로 안내하는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 제1 안내로에 의해 제1 링크부재를 제1 축 둘레로 동작시킬 수 있으며, 제2 안내로에 의해 손가락 링크부재를 제2 축 둘레로 동작시킬 수 있게 된다.

또 제어축은 제1 안내로 및 제2 안내로에 대해 슬라이딩 가능하게 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 손가락 링크부재를 항상 일정한 궤적으로 원활하게 동작시킬 수 있게 된다.

본 발명에 의하면, 간단한 구성으로 손가락 링크부재를 2축 둘레로 동작시킬 수 있으므로, 부품수의 감소를 도모할 수 있다. 그 결과, 로봇 핸드 장치의 기구 부분의 용적이나 중량의 감소를 도모할 수 있으므로, 휴머노이도형 로봇에 적용하는 경우에 적합하다.

도 1은 본 실시형태의 로봇 핸드 장치가 탑재되는 인간형 로봇을 나타내는 외관도이다.

도 2는 로봇 핸드 장치의 내부 구조 및 일련의 동작을 나타내는 사시도이다.

도 3은 로봇 핸드 장치의 내부 구조 및 일련의 동작을 나타내는 평면도이다.

도 4는 로봇 핸드 장치를 나타내는 분해 사시도이다.

도 5의 (a)는 손가락을 쥔 상태의 로봇 핸드 장치를 도 3의 V방향에서 보았을 때의 동작 설명도이고, 도 5의 (b)는 손가락을 펴고 있는 상태의 로봇 핸드 장치를 도 3의 V방향에서 보았을 때의 동작 설명도이고, 도 5의 (c)는 손가락을 편 상태의 로봇 핸드 장치를 도 3의 V방향에서 보았을 때의 동작 설명도이다.

도 6의 (a)은 손가락을 쥔 상태의 로봇 핸드 장치를 도 3의 VI-VI 단면에서 보았을 때의 동작 설명도이고, 도 6의 (b)은 손가락을 펴고 있는 상태의 로봇 핸드 장치를 도 3의 VI-VI 단면에서 보았을 때의 동작 설명도이고, 도 6의 (c)은 손가락을 편 상태의 로봇 핸드 장치를 도 3의 VI-VI 단면에서 보았을 때의 동작 설명도이다.

도 7은 로봇 핸드 장치를 손등 쪽에서 올려다보았을 때의 상태를 나타내는 사시도이다.

도 8의 (a)은 제1 링크부재와 손가락 링크부재를 직접 링크시키는 경우의 기구를 나타내는 사시도이고, 도 8의 (b)은 제1 링크부재와 손가락 링크부재를 직접 링크시키는 경우의 기구를 나타내는 사시도이다.

도 9의 (a)는 제2 링크부재를 간소화시킨 로봇 핸드 장치의 제1 축 둘레로의 동작을 나타내는 평면도이고, 도 9의 (b)는 제2 링크부재를 간소화시킨 로봇 핸드 장치의 제2 축 둘레로의 동작을 나타내는 평면도이다.

본 실시형태의 로봇 핸드 장치(1)는 인간의 엄지에 해당하는 손가락의 구조에 관한 것이다. 또 본 실시형태의 로봇 핸드 장치(1)는 양쪽의 팔부(R3)에 설치되는데, 이하에서는 오른손에 설치된 로봇 핸드 장치를 예로 들어 설명하며, 왼손에 대해서는 오른손과 대칭으로 설치되어 있어 그 설명을 생략하기로 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시형태의 로봇 핸드 장치(1)는 자립 보행하는 로봇(R)의 팔부(R3)의 선단에 설치되어 있다. 이 로봇(R)은 인간과 마찬가지로 2개의 다리부(R1)(오른쪽 다리는 도시 생략), 상체(R2), 2개의 팔부(R3)(오른팔은 도시 생략), 머리부(R4)를 구비하고 있다. 또 머리부(R4)는 도시하지 않은 카메라, 마이크, 스피커 등을 구비하고 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 로봇 핸드 장치(1)는 인간의 손과 마찬가지로 5개의 손가락(Fa, Fb, Fc, Fd, Fe)을 가지며, 인간의 엄지에 해당하는 손가락(Fa)에 설치된 손가락 링크부재(F1)가 자세(A), 자세(B), 그리고 자세(C)의 사이에서 동작하도록 되어 있다. 이 도 2에서는 자세(A)와 자세(B)는 각각 2점쇄선으로 도시되어 있다.

더욱 상세하게 설명하면, 자세(A)는 도 3 및 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 손가락 링크부재(F1)가 안쪽으로 구부러진 상태로 손바닥에 접근한 자세이다. 자세(B)는 도 3 및 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 손가락 링크부재(F1)가 안쪽으로 구부러진 상태로 손바닥에서 떨어진 자세이다. 자세(C)는 도 3에 도시된 바와 같이, 손가락 링크부재(F1)가 자세(B)로부터 바깥쪽으로 펴진 자세이다.

나머지 손가락(Fb∼Fe)에는 사람의 손과 마찬가지로, 각각 제1 관절 및 제2 관절이 설치되고, 도시하지 않은 별도의 모터 및 링크 기구에 의해 손가락(Fb∼Fe)을 펴는 자세와, 안쪽(손바닥 쪽)으로 말리는 자세로 동작할 수 있게 되어 있다. 여기서, 도 2에는 각 손가락(Fb∼Fe)을 편 상태가 도시되어 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 로봇 핸드 장치(1)는 손가락 링크부재(F1)와, 모터(M)와, 제1 링크부재(10)와, 제2 링크부재(20)를 구비하고 있다.

본 실시형태의 손가락 링크부재(F1)는 도 3 및 도 7에 도시된 바와 같이, 손가락 기단부(基端部; 50)와, 손가락 선단부(51)와, 커버(52)와, 커버(53)로 구성되어 있다.

여기서, 손가락 선단부(51)는 손가락 기단부(50)의 선단에 회전 가능하게 연결되어 있다(도 7 참조). 커버(52)와 커버(53)는 각각, 손가락 기단부(50)와 손가락 선단부(51)의 바깥쪽을 각각 덮는 것으로 손가락 형상을 하고 있다(도 3 참조).

도 4에 도시된 바와 같이, 모터(M)는 감속 기구(G)를 통해서 판 형상의 베이스(2)에 고정되어 있다. 이 베이스(2)는 팔부(R3)의 손목에 설치된 받침대(S)에 고정되어 있다.

또 본 실시형태에서는, 받침대(S)에 모터 베이스(5)가 고정되고, 이 모터 베이스(5)에 모터(M)가 고정되며, 감속 기구(G)가 베이스(2)와 모터 베이스(5)에 각각 나사를 통해서 고정되어 있다. 모터(M)는 베이스(2)에 대해서 X1 측에 고정되고, 베이스(2)의 X2 측에 모터(M)의 출력측(도시 생략)으로부터 감속 기구(G)를 통 해서 설치된 구동축(g)이 돌출되어 있다.

또 베이스(2)에는 회전 구멍(2a)이 마련되어 있고, 베이스(2)의 회전 구멍(2a)의 근방 위치에는 제2 안내 경로(2b)가 마련되어 있다. 그리고 회전 구멍(2a)과 제2 안내 경로(2b)는 각각 X1과 X2를 연결하는 선분에 평행한 방향(선분 X1-X2 방향)으로 관통되어 형성되어 있다. X1과 X2를 연결하는 선분은 모터(M)의 구동축과 평행하도록 되어 있다.

여기서, 제2 안내 경로(2b)는 회전 구멍(2a)을 중심으로 하여 원주 방향으로 연장되는 만곡된 형상의 제2 안내로(2b2)와, 직경 방향으로 연장되는 직선 형상의 제1 안내로(2b1)로 이루어지며, 제1 안내로(2b1)와 제2 안내로(2b2)가 연통되어 제2 안내 경로(2b)가 형성된다.

상기 제1 링크부재(10)는 한 쌍의 다리부(11, 12)와, 한 쌍의 가이드판(13, 14)이 일체로 형성되어 구성되어 있다. 각 다리부(11, 12)는 각각 가늘고 긴 판 형상으로 상기 베이스(2)에 평행하게 배치되고, 기단에 원형의 축 구멍(11a, 12a)이 형성되고, 축 구멍(11a, 12a)에 대해 간격을 두고 길이 방향으로 직선 형상으로 연장되는 안내 장공(제1 안내로)(11b, 12b)이 형성되어 있다.

또 다리부(11, 12)는 X(선분 X1-X2)방향으로 소정 간격 떨어져 평행하게 배치되어 있다. 한편, 가이드판(13, 14)은 각각 대략 사다리꼴 판 형상이며, 서로 평행하게 소정 간격 떨어진 상태로 상기 다리부(11, 12)(또는 베이스(2))에 대해 직교하는 방향으로 배치되어 있다.

또 가이드판(13, 14)에는 X2 측의 선단 모서리부에 연결 구멍(13a, 14a)이 형성되어 있다. 가이드판(13, 14)의 X1 측을 향하는 가장자리부(13b, 14b)와 다리부(12)의 측면(12c) 사이에 소정 간격의 틈(15)이 형성되어 있다.

상기 제2 링크부재(20)는 회전체(21)와 연결 링크(22)로 구성되어 있다. 회전체(21)는 대략 원판 형상으로 베이스(2)에 평행하게 배치되고, 회전 중심이 되는 구동 구멍(21a)과, 이 구동 구멍(21a)에 대해 편심된 위치에 연결 구멍(21b)이 형성되어 있다. 또 회전체(21)에는 구동 구멍(21a)을 사이에 두고 연결 구멍(21b)과는 반대쪽에 부채 형태의 돌출부(21c)가 일체로 형성되어 있다.

상기 연결 링크(22)는 일단에 관통 구멍(22a1)이 형성되고, 타단에 연결 구멍(22a2)이 형성된 긴 링크 판(22a)과, 관통 구멍(22a1)과 동축이 되는 관통 구멍(22b1)이 형성된 짧은 링크 판(22b)을 가지며, 긴 링크 판(22a)과 짧은 링크 판(22b)이 접합 판(22c)을 개재하여 선분 X1-X2 방향으로 소정 간격 떨어져 배치되도록 구성되어 있다.

또한, 상기 연결 링크(22)에는 승강부재(30)가 마련되어 있다. 이 승강부재(30)는, 선분 X1-X2 방향을 향하는 측판(30a)과, 측판(30a)에 직교하는 한 쌍의 측판(30b, 30b)과, 바닥판(30c)(도 7참조)을 구비하며, 안쪽에 오목 형상의 공간(Q)이 형성되어 있다. 또 측판(30a)에는 연결 구멍(30a1)이 형성되고, 측판(30b, 30b)에는 각각 핀 연결 구멍(30bl, 30b1)이 형성되어 있다. 승강부재(30)의 측판(30b)과 측판(30b) 사이의 간격은, 승강부재(30)가 상기 가이드판(13)과 가이드판(14)의 사이를 슬라이딩하면서 이동할 수 있는 치수로 설정되어 있는 것으로 한다.

상기 승강부재(30)에는 아암부재(31)가 마련되어 있다. 이 아암부재(31)는 상기 측판(30b)과 측판(30b)의 사이에 삽입 가능한 두께이며 또, 일단이 X2 측으로 구부러진 형상으로 되어 있다. 또 아암부재(31)에는 그 기단과 선단에 각각 상기 핀 연결 구멍(30b1)과 평행한 핀 삽입 통과 구멍(31a, 31b)이 형성되어 있다.

상기 손가락 링크부재(F1)의 일부분을 구성하는 손가락 기단부(50)는, 상기 아암부재(31)가 삽입 가능한 간격으로 배치된 한 쌍의 연결부재(50a, 50a)를 가지고 있다. 각 연결부재(50a, 50a)에는 상기 핀 삽입 통과 구멍(31b)과 평행한 핀 연결 구멍(50a1, 50a1)이 형성되고, 핀 연결 구멍(50a1, 50a1)의 근방에는, 상기 연결 구멍(13a, 14a)과 평행한 연결 구멍(50a2)(한쪽은 도시 생략)이 형성되어 있다.

또 본 실시형태에서는, 상기 제2 안내 경로(2b) 내에서 슬라이딩 가능한 베어링(60)이 마련되어 있다. 이 베어링(60)은 둘레 방향으로 회전 가능하게 배열된 복수의 구체(球體)를 내륜과 외륜 사이에 끼워 구성된 것이며(모두 도시 생략), 그 외주면(외륜의 외주면)이 제2 안내 경로(2b) 내에서 슬라이딩하면서 이동할 수 있도록 되어 있다. 또한, 본 실시형태에서는 베어링(60)이 제2 안내 경로(2b)로부터 빠져나오지 않도록, 제어축(42) 또는 베이스(2)에 도시하지 않은 이탈 방지 수단이 마련되어 있는 것으로 한다.

다음에, 본 실시형태의 로봇 핸드 장치(1)의 장착에 대해서 설명하기로 한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 제1 링크부재(10)를 베이스(2)에 고정 축(40)을 통해 연결한다. 즉, 다리부(11)와 다리부(12)에 의해 베이스(2)에 걸치도록 설치된 상태에서, 고정축(40)이 X1 측으로부터 순서대로 축 구멍(11a), 회전 구멍(2a), 축 구멍(12a)에 삽입 통과되고, 제1 링크부재(10)가 베이스(2)에 회전 가능하게 연결된다.

이 때의 제1 링크부재(10)의 회전 중심이 제1 축(S1)(도 2 및 도 3 참조)이 된다. 그리고, 모터(M)의 구동축(g)에 회전체(21)의 구동 구멍(21a)이 고정되고, 회전체(21)의 연결 구멍(21b)에 연결 링크(22)의 연결 구멍(22a2)이 링크 축(41)을 통해 연결된다. 이로써, 연결 링크(22)가 회전체(21)에 대해 회전 가능하도록 된다.

그리고, 연결 링크(22)에 설치된 긴 링크 판(22a)과 짧은 링크 판(22b)에 의해 다리부(12)에 걸치도록 배치한 후, 제1 링크부재(10)와 제2 링크부재(20)를 제어축(42)에 의해 연결한다.

즉, 긴 링크 판(22a)이 다리부(12)와 가이드판(13, 14)의 틈(15)에 삽입되고, 짧은 링크 판(22b)이 다리부(12)와, 다리부(11)와 다리부(12)의 사이에 삽입된 베이스(2)와의 사이에 삽입된 상태에서, 제어축(42)을 X1측으로부터 다리부(11)의 안내 장공(11b), 베이스(2)의 제2 안내 경로(2b), 베어링(60), 짧은 링크 판(22b)의 관통 구멍(22b1), 다리부(12)의 안내 장공(12b), 긴 링크 판(22a)의 관통 구멍(22a1), 그리고 승강부재(30)의 연결 구멍(30a1)의 순서로 삽입 통과하고, 제1 링크부재(10)와 제2 링크부재(20)의 연결 링크(22)를 연결한다.

이로써, 제어축(42)이 안내 장공(11b, 12b) 및 제2 안내 경로(2b)에 의해 안내되고, 승강부재(30)가 연결 링크(22)에 대해 회전하면서, 가이드판(13)과 가이드 판(14)의 사이를 이동하게 된다.

그리고, 아암부재(31)는 그 기단이 승강부재(30)의 공간(Q)에 삽입된 상태에서, 승강부재(30)의 핀 연결 구멍(30bl, 30b1)과 아암부재(31)의 핀 삽입 통과 구멍(31a)에 핀(43)이 삽입되고, 아암부재(31)가 승강부재(30)에 회전 가능하게 연결된다.

또 아암부재(31)는 그 선단이 손가락 링크부재(F1)의 연결부재(50a)와 연결부재(50a)의 사이에 삽입된 상태에서, 아암부재(31)의 핀 삽입 통과 구멍(31b)과 연결부재(50a, 50a)의 핀 연결 구멍(50a1, 50a1)에 핀(44)이 삽입되고, 아암부재(31)가 손가락 링크부재(F1)에 회전 가능하게 연결된다.

또 손가락 링크부재(F1)는 그 연결부재(50a, 50a)가 제1 링크부재(10)의 가이드판(13)과 가이드판(14)의 사이에 삽입된 상태에서, 연결부재(50a, 50a)의 연결 구멍(50a2)(한쪽은 도시 생략)과 가이드판(13, 14)의 연결 구멍(13a, 14a)에 연결 핀(45)이 삽입되고, 손가락 링크부재(F1)가 제1 링크부재(10)에 대해 회전 가능하게 연결된다.

다음에, 본 실시형태의 로봇 핸드 장치(1)의 동작에 대해서 도 5 및 도 6을 참조(적절히, 다른 도면도 참조함)하여 설명하기로 한다. 본 실시형태의 로봇 핸드 장치(1)에서는 상기한 바와 같이, 손바닥을 위로 향한 상태에서 손가락 링크부재(F1)가 안쪽으로 구부러져 손바닥에 접근한 자세(A)에서, 손가락 링크부재(F1)가 제1 축(S1)(도 2 및 도 3 참조)을 중심으로 손바닥에서 멀어지는 위쪽으로 회전한 자세(B)를 거쳐, 손가락 링크부재(F1)가 자세(B)에서 제2 축(S2)(도 2 및 도 3 참 조)을 중심으로 바깥쪽으로 회전한 자세(C)에 이른다.

본 실시형태에서는, 자세(A)에서 자세(B)에 이르는 과정에서, 손가락 링크부재(F1)가 제2 축(S2)(도 2 및 도 3 참조)을 중심으로 하여 약간 바깥쪽으로 회전하도록 되어 있다. 또 도 5의 (a)∼(c)에서는 승강부재(30)에 연결되는 아암부재(31)와, 이 아암부재(31)에 연결되는 손가락 기단부(50) 및 손가락 선단부(51)의 도시를 생략하고 있다.

도 5의 (a)에 도시된 자세(A)는, 회전체(21)가 구동축(g)을 중심으로 시계 방향으로 완전히 회전한 상태를 나타내고 있다. 또 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 제어축(42)이 제2 안내 경로(2b)의 제1 안내로(2b1) 안에 위치하고, 다리부(11)의 안내 장공(11b)의 기단 측(고정 축(40) 측)에 위치하고 있다.

또한, 다리부(12)의 안내 장공(12b)은, 이 도면에서 도시되어 있지는 않으나, 제어축(42)은 안내 장공(12b) 안에서, 안내 장공(11b)에 있어서의 제어축(42)과 거의 같은 위치에 위치하고 있다.

이로써, 제1 링크부재(10)가 제1 축(S1)(도 2 및 도 3 참조)이 되는 고정 축(40)을 지점으로 하여 시계 방향으로 회전하고 있다.

도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 제1 링크부재(10)가 넘어짐에 따라 손가락 링크부재(F1)도 마찬가지로 넘어진다. 또 제1 링크부재(10)가 넘어짐에 따라, 가이드판(13, 14) 사이에 끼워져 있는 승강부재(30)가, 연결 링크(22)에 제어축(42)을 지점으로 하여 시계 회전 방향으로 제1 링크부재(10)와 함께 회전하여, 가이드판(13, 14)의 단부(고정 축(40) 측)에 위치한 상태에 있다.

도 5의 (a) 및 도 6의 (a)에 도시된 자세(A)의 상태에서, 회전체(21)가 반시계 회전 방향(이하, 반시계 방향으로 약칭함)으로 회전하면, 연결 링크(22)가 회전체(21)에 대해 링 축(41)을 중심으로 시계 방향으로 회전한다.

이 때의 연결 링크(22)의 이동력에 의해, 제어축(42)에 설치된 베어링(60)이 제2 안내 경로(2b)의 제1 안내로(2b1)를 따라서 위쪽으로 이동하여, 도 5의 (b) 및 도 6의 (b)에 도시된 자세(B)에 이른다.

이 때, 제2 안내로(2b2)는, 고정 축(40)으로부터 등거리의 원호를 따라서 형성되어 있기 때문에, 안내 장공(11b) 내에서의 제어축(42)의 위치는 상대적으로 변화되지 않는다. 즉, 제1 링크부재(10)의 회전 지점(고정 축(40))이 베이스(2)에 고정되고, 안내 장공(11b)의 방향과 제1 안내로(2b1)의 방향이 교차하고 있으므로, 제어축(42)이 제2 안내 경로(2b)의 제1 안내로(2b1)를 상승할 때의 이동력에 의해 다리부(11)(제1 링크부재(10))가 일어서는 방향으로 회전하게 된다.

또 제1 링크부재(10)가 반시계 방향으로 회전함으로써, 제1 링크부재(10)에 지지된 손가락 링크부재(F1)도 제1 축(S1)을 지점으로 하여 손바닥으로부터 멀어지는 방향인 반시계 방향으로 회전한다.

그리고, 도 5의 (b) 및 도 6의 (b)에 도시된 자세(B)에 있어서, 회전체(21)가 다시 반시계 방향으로 회전하면, 연결 링크(22)의 이동력에 의해 제어축(42)에 마련된 베어링(60)이, 제2 안내 경로(2b)의 제2 안내로(2b2) 내에서 슬라이딩하면서 상승하고, 제어축(42)이 안내 장공(11b)의 선단부에 부딪쳐, 도 5의 (c) 및 도 6의 (c)에 나타내는 자세(C)에 이른다.

이 때, 제2 안내로(2b2)는 고정 축(40)으로부터 멀어지는 방향을 따라서 형성되어 있기 때문에, 안내 장공(11b) 내에서의 제어축(42)의 위치는 멀어지도록 하여 변화된다. 즉, 자세(B)의 상태에서는, 제2 안내로(2b2)의 방향과 안내 장공(11b)의 방향이 일치하므로, 제1 링크부재(10)(다리부(11))가 더 이상 반시계 방향으로는 회전하지 않게 되며, 연결 링크(22)에 연결된 승강부재(30)가 가이드판(13, 14)에 안내되면서 상승하게 된다.

이 때, 도 7에 도시된 바와 같이, 승강부재(30)에 설치된 아암부재(31)가 밀려 올라가고, 손가락 링크부재(F1)가 연결 핀(45)보다 안쪽에 설치된 지점을 통해 밀려 올라감으로써, 손가락 링크부재(F1)가 연결 핀(45)을 지점으로 하여 바깥쪽으로 회전한다. 즉, 손가락 링크부재(F1)가 제2 축(S2)을 중심으로 하여 회전한다.

본 실시형태에서의 베이스(2)에는, 상기 회전체(21)에 설치된 돌출부(21c)의 회전 궤적 상에 돌기부(25)(도 3 참조)가 형성되어 있고, 도 5의 (c) 및 도 6의 (c)에 도시된 자세에 이르렀을 때, 회전체(21)의 돌출부(21c)가 돌기부(25)에 맞닿아, 회전체(21)가 더 이상 반시계 방향으로 회전하지 않도록 규제되어 있다.

또 반대로, 손가락 링크부재(F1)를 자세(C)에서 자세(A)로 동작시키는 경우에는, 자세(C)의 상태에서 회전체(21)를 시계 방향으로 회전시킴으로써, 제어축(42)이 안내 장공(11b) 및 제2 안내로(2b2)로 안내되면서 승강부재(30)가 가이드판(13)과 가이드판(14)의 사이를 하강한다.

이로써, 손가락 링크부재(F1)가 제2 축(S2)이 되는 연결 핀(45)을 지점으로 하여 안쪽으로 회전하여 자세(B)에 이른다. 회전체(21)를 시계 방향으로 다시 회전 시킴으로써, 제어축(42)이 안내 장공(11b) 및 제1 안내로(2b1)로 안내되면서, 제1 링크부재(10)가 제1 축(S1)을 지점으로 하여 회전하면서 넘어짐에 따라, 손가락 링크부재(F1)가 손바닥에 접근하는 방향으로 넘어지도록 동작한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 로봇 핸드 장치(1)에서는, 손가락 링크부재(F1)를 단일 모터(M)의 동력에 의해 제1 축(S1)의 중심과 제2 축(S2)의 중심으로 각각 동작시킬 수 있게 된다. 따라서, 부품수를 줄일 수 있고, 장치의 경량화를 도모할 수 있다. 그 결과, 팔부(R3)의 선단에서의 중량을 경감시킬 수 있으므로, 관성 모멘트를 감소시킬 수 있다.

또 본 실시형태에서는, 도 4에 도시된 바와 같이, 제어축(42)에 베어링(60)을 설치하여, 이 베어링(60)이 제2 안내 경로(2b) 내에서 슬라이딩하게 구성했으므로, 손가락 링크부재(F1)를 항상 일정한 동작 궤적으로 원활하게 동작시킬 수 있다. 또, 베어링(60)으로 했기 때문에, 손가락 링크부재(F1)를 더욱 매끄럽게 동작시킬 수 있으며, 제1 안내로(2b1)와 제2 안내로(2b2)의 변곡점에서의 동작도 원활하게 행하도록 할 수 있다.

또 상기 연결 링크(22)와 승강부재(30)를 제어축(42)을 통해 연결하고 있어, 부품수의 감소를 도모할 수 있다. 단, 연결 링크(22)와 승강부재(30)를 제어축(42)과는 다른 축을 사용하여 연결시킬 수도 있다.

도 8의 (a) 및 (b)는 각각 제1 링크부재와 손가락 링크부재를 직접 링크시키는 경우의 기구를 도시된 사시도이다. 이 실시형태는 모두 제어축(42)의 이동력에 의해 상기 승강부재(30) 및 아암부재(31)를 통해 손가락 링크부재(F1)를 간접적으 로 동작시키는 것이 아니라, 제어축(42)의 이동력에 의해 손가락 링크부재(F1)를 직접적으로 동작시키는 것이다. 도시하지 않은 기타 부분에 대해서는, 상기한 실시형태와 마찬가지로 하여 그 설명을 생략하기로 한다.

도 8의 (a)에 도시된 실시형태에서는, 제어축(42)의 선단에 구체(42a)를 설치하고, 구체(42a)가 손가락 링크부재(F1)에 설치된 핀 연결 구멍(50a1, 50a1)에 회전 가능하게 끼워 맞추어 구성한 것이다. 도 8의 (b)에 도시된 실시형태에서는, 제어축(42)의 선단에 핀 삽입 통과 구멍(42b1)이 형성된 결합체(42b)를 설치하여, 핀 삽입 통과 구멍(42b1)과, 핀 연결 구멍(50a1, 50a1)이 핀(46)을 통해 회전 가능하게 구성한 것이다. 도 8의 (a)에서는 핀 연결 구멍(50a1)이 관통하는 형상일 필요는 없으며, 관통하지 않는 오목 형상일 수도 있다.

도 8의 (a) 및 (b)에 도시된 어떠한 실시형태도, 도시하지 않은 연결 링크(22)의 동작에 의거하는 제어축(42)의 상하 운동에 의해 손가락 링크부재(F1)가 연결 구멍(50a2)(제2 축(S2))을 지점으로 하여 회전한다. 이와 같이 손가락 링크부재(F1)를 제어축(42)으로 직접 동작시킴으로써, 상기한 승강부재(30) 및 아암부재(31)를 설치할 필요가 없어지므로, 부품수의 감소를 더욱 도모할 수 있게 된다.

도 9는 제2 링크부재를 간소화시킨 로봇 핸드 장치(1A)를 나타내는 개략도로서, 도 9의 (a)는 제1 축 둘레로의 동작 설명도이고, 도 9의 (b)는 제2 축 둘레로의 동작 설명도이다.

도 9의 (a)에 도시된 바와 같이, 이 로봇 핸드 장치(1A)는 제1 링크부재(10A)와, 제2 링크부재(20A)와, 손가락 링크부재(F1)을 구비하고 있다. 제1 링크 부재(10A)는 안내 장공(제1 안내 경로)(11c)을 가지며, 도시하지 않은 베이스에 설치된 고정축(40A)을 통해 회전 가능하게 연결되어 있다. 또 제1 링크부재(10A)에는 연결 핀(45A)을 통해 손가락 링크부재(F1)가 회전 가능하게 연결되어 있다.

제2 링크부재(20A)는 일단이 구동축(g)에 의해 회전 가능하게 지지되고, 타단에 제어축(42A)이 고착되며, 제어축(42A)이 상기 안내 장공(11c)에 이동 가능하게 삽입되도록 구성되어 있다. 또 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이, 제어축(42A)과 손가락 링크부재(F1)는 승강부재(30A)를 통해 회전 가능하게 연결되어 있다.

상기 로봇 핸드 장치(1A)에서는, 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이 구동축(g)의 회전력에 의해 제2 링크부재(20A)가 반시계 방향으로 회전함으로써 제어축(42A)이 제1 링크부재(10A)의 안내 장공(11c) 내에서 일단으로부터 타단으로 이동한다.

이로써, 손가락 링크부재(F1)가 제1 축이 되는 고정 축(40A)을 중심으로 하여 2점쇄선으로 도시한 바와 같이 일어선다.

또 이 경우, 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이, 제어축(42A)이 상승할 때의 이동력을 바탕으로 손가락 링크부재(F1)가 승강부재(30A)에 의해 밀려 올라가므로, 손가락 링크부재(F1)가 제2 축이 되는 연결 핀(45A)을 중심으로 하여 2점쇄선으로 도시된 바와 같이 바깥쪽으로 열리게 된다.

본 발명은 상기한 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 제2 안내 경로(2b)의 형상은 적절히 변경할 수 있다. 상기한 바와 같이, 제2 안내 경로(2b)는 만곡된 형상의 제1 안내로(2b1)와 직선 형상의 제2 안내로(2b2)로 구성되는 것으로 한정되지 않으며, 전체가 직선 형상으로 형성될 수도 있고, 전체가 만곡된 형상으로 형성되 어 있을 수도 있다.

또 상기한 실시형태에서는, 베이스(2)와 제1 링크부재(10)의 연결 기구, 승강부재(30)와 아암부재(31)의 연결 기구, 아암부재(31)와 손가락 링크부재(Fl)의 연결 기구, 제1 링크부재(10)와 손가락 링크부재(F1)의 연결 기구에 대해서는 고정 축(40), 핀(43, 44), 연결 핀(45)을 사용한 구성으로 했으나, 이것에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면, 한쪽에 볼록부를 설치하고, 다른 쪽에 볼록부와 끼워 맞추는 오목부를 설치하여 회전 가능하게 피봇 지지하는 것일 수도 있다.

본 발명의 로봇 핸드 장치에 의하면, 손가락 링크부재를 단일 모터로 교차하는 2축 둘레로 동작시킬 수 있으므로, 각 축마다 모터, 감속 기구, 모터 드라이버 등을 설치하지 않아도 된다.

Claims (10)

1. 베이스와,

   상기 베이스에 고정된 모터와,

   상기 모터의 구동축에 대해 평행하면서 오프셋된 제1 축 둘레로 회전 가능하게 상기 베이스에 지지됨과 동시에, 제어축이 이동 가능한 제1 안내 경로를 가지는 제1 링크부재와,

   상기 모터의 구동축에 연결됨과 동시에 상기 제어축을 지지하고, 상기 모터의 구동축의 회전에 의해 상기 제어축을 상기 제1 안내 경로 내에서 이동 가능하게 하는 제2 링크부재와,

   상기 제1 축에 교차한 제2 축 둘레로 회전 가능하게 상기 제1 링크부재에 지지됨과 동시에, 상기 제어축과 직접 또는 간접으로 접속되고, 상기 제어축의 동작에 따라 상기 제2 축 둘레로 회전 구동되는 손가락 링크부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 로봇 핸드 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 베이스는 상기 제1 안내 경로의 가동 범위 내에 제2 안내 경로를 가지며,

   상기 제2 링크부재는 상기 구동축에 고착된 회전체와, 상기 회전체에 회전 가능하게 지지됨과 동시에 상기 제어축을 지지하는 연결 링크를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 로봇 핸드 장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 제2 안내 경로는 상기 제1 축을 중심으로 원주 방향으로 연장되는 제1 안내로와, 상기 제1 축으로부터 직경 방향으로 연장되는 제2 안내로가 접속되어 구성되는 것을 특징으로 하는 로봇 핸드 장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 제1 안내로는 상기 제어축을 상기 제1 축을 중심으로 원주 방향으로 안내함과 동시에,

   제2 안내로는 상기 제어축을 상기 제1 축으로부터 직경 방향으로 안내하는 것을 특징으로 하는 로봇 핸드 장치.
5. 제3항에 있어서,

   상기 제어축은 상기 제1 안내로 및 상기 제2 안내로에 대해 슬라이딩 가능하게 구성된 것을 특징으로 하는 로봇 핸드 장치.
6. 제2항에 있어서,

   상기 연결 링크의 상기 회전체에 있어서의 지지 위치는 상기 회전체의 상기 구동축이 고착된 위치에 대해 편심되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇 핸드 장치.
7. 제5항에 있어서,

   상기 회전체에는, 상기 베이스에 설치된 돌기부에 맞닿아 상기 회전체의 회전을 규제하는 돌출부가 설치되어 있고,

   상기 회전체에 있어서의 상기 돌출부의 설치 위치는, 상기 회전체의 상기 구동축이 고착되는 위치를 사이에 두고 상기 연결 링크의 지지 위치와는 반대측 위치인 것을 특징으로 하는 로봇 핸드 장치.
8. 제3항에 있어서,

   상기 제1 안내 경로는 상기 제어축의 직경 방향으로 연장되는 장공인 것을 특징으로 하는 로봇 핸드 장치.
9. 제8항에 있어서,

   상기 손가락 링크부재가 상기 제2 축 둘레로 회전할 때, 상기 제1 안내 경로의 연장 방향과, 상기 제2 안내 경로의 상기 제2 안내로의 연장 방향이 일치하는 것을 특징으로 하는 로봇 핸드 장치.
10. 제9항에 있어서,

    상기 연결 링크에는, 상기 제어축에 접속됨과 동시에, 상기 제어축이 상기 제1 안내 경로를 이동할 때 상기 제어축과 함께 이동하는 승강부재가 설치되어 있 고,

    상기 승강부재에는, 상기 손가락 링크부재에 회전 가능하게 접속되어 있으며, 상기 손가락 링크부재를 상기 제2 축 둘레로 회전시키는 아암부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇 핸드 장치.

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