KR20070065493A - 내부 모터 구동 형 15관절 로봇 손 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내부 모터 구동 형 15관절 로봇 손에 관한 것으로, 그 목적은 액추에이터와 감속기를 손가락 내부에 일체형으로 설치하여 기존 텐던 방식에 의한 위치오차의 개선 및 제어성능을 향상시키고, 외부환경에 대한 컴플라이언스 제어가 용이하며, 수리가 용이함과 동시에, 소형화를 가능하게 하는 내부 구동 형 로봇 손을 제공하는 것이다.

본 발명은 로봇 팔의 선단 손목부분에 연결되는 손목부분과, 상기 손목부분 내에 설치되는 손바닥 구동부분과, 상기 손바닥 구동부분과 연결되도록 손목 부분에 연결되는 손바닥 부분과, 상기 손바닥부분에 설치되고 다수개의 링크로 이루어진 손가락부분과, 상기 손가락부분의 링크 및 이에 연결된 손바닥 부분 내부에 각각 삽입 설치되어 다수개의 링크를 별도 구동시키는 다수개의 손가락 구동 부분을 포함하여 구성되어, 내부에 설치된 손가락구동부분에 의해 로봇 손의 각 마디가 개별 제어되도록 되어있다.

로봇 손, 로봇, 내부구동, 컴플라이언스 제어, 다 관절

Description

내부 모터 구동 형 15관절 로봇 손{An Inner Motor Operating Type for Robot Hand of 15 Joints}

도 1 은 본 발명에 따른 전체구성을 보인 예시도

도 2 는 본 발명에 따른 손목 부분의 손목홀더 구성을 보인 예시도

도 3 은 본 발명에 따른 손목부분의 손목 홀더커버 구성을 보인 예시도

도 4 는 본 발명에 따른 손바닥부분의 구성을 보인 예시도

도 5 는 본 발명에 따른 손가락부분 엄지부분 구성을 보인 예시도

도 6 은 본 발명에 다른 손가락부분 구성을 보인 예시도

도 7 은 본 발명의 전체구성을 보인 사진예시도

도 8 은 본 발명의 손가락부분의 구성을 보인 사진예시도

도 9 는 본 발명 로봇 손의 제어부분을 보인 사진예시도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

(100) : 손목부분 (110) : 연결플랜지

(120) : 손목홀더 (121) : 공간

(122) : 축관통홀 (130) : 손목홀더 커버

(200) : 손바닥 구동부분 (210) : 구동 모터

(220) : 제 1 기어 (230) : 제 2 기어

(240) : 회전축 (250) : 워엄

(260) : 워엄휠 (270) : 연결회전축

(300) : 손바닥부분 (310) : 결합홈

(320) : 암 결합대 (330) : 구동부분 삽입홈

(400) : 손가락부분 (410) : 끝단링크

(411) : 수결합대 (412) : 홀

(413) : 연결홀 (420) : 마디링크

(421) : 암 결합대 (422) : 구동부분 삽입홈

(423) : 수결합대 (424) : 홀

(425) : 연결홀 (430) : 힌지축

(500) : 손가락 구동부분 (510) : 마디구동모터

(520) : 베벨기어 (600) : 로봇손 제어부분

(610) : 로봇핸드 구동모터 신호 전달용 릴레이

(620) : 로봇핸드 구동모터 개별 확인용 스위치

(630) : 전원 온/오프용 릴레이 (640) : 전원용 트랜스

(650) : 컴퓨터 인터페이스 케이블

본 발명은 내부 모터 구동 형 15관절 로봇 손에 관한 것으로, 로봇손의 손가락 내부에 액추에이터와 감속기를 설치하여 직류모터에 의해 로봇손의 각 손가락을 직접구동할 수 있는 내부 모터 구동 형 15관절 로봇 손에 관한 것이다.

일반적으로 산업용 로봇의 손을 그리퍼 또는 엔드-이펙터라고 부르는데, 그리퍼는 손가락 또는 손 전체로 물건을 잡는 일을 할 경우에 주로 사용되는 집게 모양의 로봇손을 가리키는 말로서, 손가락을 이용하여 물체가 갖는 이동의 자유를 구속한다. 또한, 엔드-이펙터는 각종 공구를 로봇 손의 위치에 부착하여 손 대신 사용할 때 부르는 말로서, 손가락에 의하지 않고 물체가 갖는 이동의 자유를 구속한다.

상기와 같은 산업용 로봇을 기능별로 분류하면, 그리퍼는 잡음, 끼움, 쥠 등 손가락을 우무려 쥐는 내악과, 관통, 찌르기 등 구멍에 손가락을 넣고 넓혀 쥐는 외악으로 분류될 수 있으며, 엔드-이펙터는 진공발생장치 및 전자 코일 전자석을 이용한 진공, 전자흡착과 마디 관절을 이용한 물체감기, 갈고리를 이용한 걸기, 날카로운 끝을 이용하여 물체에 꽂기, 물체를 담을 그릇을 이용한 받기 등의 접촉으로 분류할 수 있다.

이와 같이 산업용 로봇에서 사용되고 있는 종래의 로봇 손은 대부분 그 구조가 간단하여 제작은 용이하나, 상기와 같은 단순한 기능만을 수행할 수 있기 때문에 실질적으로 그 응용범위는 작업물의 이동, 간단한 부품의 조립공정, 용접, 도장 및 포장 등의 작업에 제한적으로 적용되고 있는 실정이다.

또한, 종래의 로봇 손은 외부 구동메커니즘을 근거로 개발되었기 때문에 액 추에이터를 포함한 로봇 손의 전체적인 시스템이 크고, 초기에 액추에이터를 정확하게 실장하기가 쉽지 않을 뿐만 아니라, 장시간 사용에 따른 외부 구동메커니즘의 변형으로 인하여 정밀한 제어가 곤란하게 되는 문제점이 있었다.

즉, 종래의 로봇 손은 텐던(Tendon)방식에 의해 구동되도록 되어 있어, 소형화는 가능하나, 상기 텐던 구동방식은 인장력을 전달하는 것이므로, 폴리의 이탈현상이 발생될 수 있으며, 장시간 사용 할 때 위치정보에 오차가 발생되는 등 여러 가지 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로, 그 목적은 액추에이터와 감속기를 손가락 내부에 일체형으로 설치하여 기존 텐던 방식에 의한 위치오차의 개선 및 제어성능을 향상시키고, 외부환경에 대한 컴플라이언스 제어가 용이하며, 수리가 용이함과 동시에, 소형화를 가능하게 하는 내부 모터 구동 형 15관절 로봇 손을 제공하는 것이다.

도 1 은 본 발명에 따른 전체구성을 보인 예시도를, 도 7 은 본 발명의 전체구성을 보인 사진 예시도를, 도 9 는 본 발명 로봇 손의 제어부분을 보인 사진 예시도를 도시한 것으로, 본 발명은 로봇 팔의 선단 손목부분에 연결되는 손목부분(100)과, 상기 손목 부분 내에 설치되는 손바닥구동부분(200)과, 상기 손바닥구동 부분(200)과 연결되도록 손목부분 일측에 연결되는 손바닥부분(300)과, 상기 손바닥부분에 설치되고 다수개의 링크로 이루어진 손가락부분(400)과, 상기 손가락부분 및 이에 연결된 손바닥부분 내에 삽입 설치되어 링크를 각각 구동시키는 다수개의 손가락구동부분(500)로 구성되어 있다.

도 2 는 본 발명에 따른 손목부분의 손목홀더 구성을 보인 예시도를, 도 3 은 본 발명에 따른 손목부분의 손목 홀더커버 구성을 보인 예시도를 도시한 것으로, 상기 손목부분(100)은 로봇팔의 선단 손목부분에 연결되는 연결플랜지(110)와, 상기 연결플랜지에 결합되는 손목홀더(120)와, 상기 연결플랜지(110) 및 손목홀더(120)에 결합되는 손목홀더 커버(130)로 구성되어 있다.

상기 손목홀더(120)는 도 2 에 도시된 바와 같이, 내부에 손바닥 구동부분(200)이 삽입 설치되는 공간(121)을 구비하고, 상기 공간과 연통하여 일측에 축관통홀(122)이 형성되어 있다. 또한, 상기 손목홀더(120)의 일측면에는 손목홀더 커버(130)가 결합되며, 손목홀더 커버에도 손목홀더의 축관통홀(122)과 동일중심선상에 위치하도록 동일크기의 축관통홀(132)이 형성되어 있다.

상기 손바닥구동부분(200)은 손목부분(100)내에 설치되어 손바닥부분(300)의 회전 각도를 조절하는 것으로, 손목홀더(120)내에 고정 설치되는 구동 모터(210)와, 상기 구동모터의 축에 일체형으로 연결되는 제 1 기어(220)와, 상기 제 1 기어(220)와 치합되는 제 2 기어(230)와, 상기 제 2 기어(230)가 일측에 일체형으로 형성되고 손목홀더(120)내에 회전 가능하도록 양단이 지지되는 회전축(240)과, 상기 회전축(240)의 또 다른 일측에 일체형으로 형성되는 워엄(250)과, 상기 워엄에 치 합되는 워엄 휘일(260)과, 상기 워엄 휠(260)이 일체형으로 설치되고 축관통홀(122)을 관통하여 손바닥부분에 연결되는 연결회전축(270)으로 구성되어 있다.

즉, 상기 손바닥 구동부분(200)은 구동 모터(210)의 구동력이 제 1,2 기어(220,230)를 통해 감속되어 워엄 기어(250,260)에 전달되고, 워엄 기어(250,260)의 회전에 의해 연결회전축(270)이 회전되도록 되어 있다.

상기 손바닥부분(300)는 손바닥구동부분의 연결회전축(270)에 의해 손목부분(100)과 연결되어 구동 모터(210)의 구동력에 의해 연결회전축(270)과 일체형으로 회전되고, 힌지 축에 의해 손가락부분(400)과 연결되는 것으로, 도 4 에 도시된 바와 같이, 손목부분위에 손목부분의 손목홀더(120) 및 손목홀더커버(130)의 일측단이 삽입되는 결합홈(310)이 형성되고, 손가락연결부위에 손가락부분(400)과 힌지 결합되는 암 결합대(320)가 돌출 형성되어 있으며, 내부에 손가락 구동부분(500)이 삽입되는 구동부분 삽입홈(330)이 각각 형성되어 있다. 이때, 상기 구동부분 삽입 홈(330)은 암 결합대(320) 방향으로 일측 면이 개방되어 있으며, 상기 손바닥부분(300)은 연결회전축(270)과 핀 결합되어 일체형으로 작동된다. 즉, 구동 모터(210)의 작동에 의해 연결회전축(270)이 회전될 시, 연결회전축(270)과 일체형으로 형성된 손바닥부분(300) 역시 회전하게 된다.

상기 손가락부분(400)은 손바닥부분(300)과 연결되는 것으로, 도 5, 도 6 및 도 8 에 도시된 바와 같이, 손가락 끝마디에 해당되고 후부방향으로 수결합대(411)가 돌출 형성된 끝단링크(410)와, 상기 끝단링크의 수결합대(411)가 삽입되는 암 결합대(421)를 일측단에 구비하고, 내부에 손가락구동부분(500)이 삽입되는 구동부 분 삽입홈(422)을 구비하며 타측단에 수결합대(423)를 구비하는 다수개의 마디링크(420)와, 상기 끝단링크의 수결합대(411)와 마디링크의 암 결합대(421), 마디링크의 수결합대와 또 다른 마디링크의 암결합대를 연결하고, 암결합대에 핀 고정되는 다수개의 힌지 축(430)으로 이루어져 있다.

상기 암/수결합대에는 힌지축이 삽입되는 홀(412,424)이 형성되어 있으며, 상기 힌지축(430)은 마디링크 및 손바닥부분의 암결합대(421,320)에 핀 결합에 의해 고정되며, 이와 같은 핀 결합은 공지기술이므로, 이에 대한 설명은 생략한다. 또한, 상기 수결합대(411,423)에는 손가락구동부분(500)과 연결되는 연결 홈(413,425)이 형성되어 있다.

상기 손가락 구동부분(500)은 마디링크의 구동부분 삽입홈(422) 및 손바닥부분의 구동부분 삽입홈(330)내로 삽입되어 이에 힌지 축 연결된 링크를 회전 구동시키는 것으로, 구동부분 삽입 홈내로 삽입 고정되는 마디 구동 모터(510)와, 상기 마디 구동 모터(510) 및 힌지축(430)에 연결되고 수결합대의 연결홈(413,425)내로 일측 기어가 일체형으로 삽입 결합되는 베벨기어(520)로 구성되어 있다.

즉, 상기 마디구동모터의 축에 일측 베벨기어가 연결되고, 이에 치합되는 또 다른 베벨기어가 힌지 축에 연결설치되어, 수결합대에 형성된 연결홈내로 삽입되어 수결합대와 일체형으로 움직이도록 되어 있다.

이와 같이 연결된 손가락 구동부분(500)은 마디 구동 모터(510)의 구동력이 베벨기어(520)를 통해 힌지축 결합된 이웃하는 링크의 수결합대에 전달되고, 수결합대의 회전에 의해 이웃하는 링크가 회전구동하게 된다. 이때, 상기 힌지축은 암 결합대에 핀 결합에 의해 고정되어 있으므로, 힌지축은 베벨기어와 함께 회전되지 않게 되며, 베벨기어의 회전에 의해 수결합대가 형성된 이웃하는 링크만이 회전하게 된다.

도 5 는 본 발명에 따른 손가락부분 중에서 엄지부분에 대한 구성을 보인 예시도를, 도 6 은 본 발명에 따른 손가락부분 중에서 엄지를 제외한 나머지 손가락부분에 대한 구성을 보인 예시도를 도시한 것으로, 도 1, 도 5 및 도 6 에 도시된 바와 같이, 엄지부분은 손가락 끝마디에 해당되는 끝단링크(410)와, 상기 끝단링크에 힌지축 및 베벨기어에 의해 연결되는 하나의 마디링크(420)로 구성되어 있으며, 나머지 손가락부분은 손가락 끝마디에 해당되는 끝단링크(410)와, 상기 끝단링크에 힌지축 및 베벨기어에 의해 연결되는 제 1 마디링크(420a) 및, 상기 제 1 마디링크에 힌지축 및 베벨기어에 의해 연결되는 제 2 마디링크(420b)로 구성되어 있다.

상기 엄지부분과 나머지 손가락부분은 마디링크의 수량 및 크기에 차이가 있을 뿐 구성 및 작동은 서로 동일하다.

또한, 상기 엄지부분의 마디링크와, 손가락부분의 제 2 마디링크는 손바닥부와 힌지축 및 손바닥부분 내에 삽입 설치된 손가락구동부분의 베벨기어에 의해 연결되어 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 로봇손은 도 9 에 예시된 바와 같은 로봇손 제어부분에 의해 손바닥 구동부분에 의해 손바닥이 회전 구동되고, 손바닥부분 및 손가락부분 내에 삽입 설치된 다수개의 손가락 구동부분에 의해 각각의 손가락마디가 개별 회전구동 되도록 되어 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

이와 같이 본 발명은 인체와 유사한 구조를 구비하는 로봇손으로, 액추에이터가 손가락 내부에 장착되어 다수개의 손가락 마디를 각각 직접구동하도록 되어 있어, 외부구동방식에 의한 로봇 손가락의 제어오차를 제거할 수 있다.

또한, 손가락마디 내에 소형 구동모터를 설치하도록 되어 있어, 로봇손의 소형화가 가능하고, 각각의 손가락 마디를 별도 제어할 수 있으므로 종래의 텐던 방식에 비해 제어성능을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 컴플라이언스 조정제어의 용이하고, 각 손가락마디의 별도제어가 가능하므로, 산업용 로봇의 고기능화, 기술적 난이도가 높은 산업용 로봇뿐만이 아니라, 다양한 행동인식을 구비하고 사람에 접촉하며 생활하게 되는 차세대 로봇에도 적용할 수 있는 등 산업적으로 매우 큰 파급효과를 구비한다.

Claims (5)

1. 로봇 팔의 선단 손목부분에 연결되는 손목부분과,

   상기 손목부분내에 설치되는 손바닥구동부분과,

   상기 손바닥구동부분과 연결되도록 손목부분 일측에 연결되는 손바닥부분과,

   상기 손바닥부분에 설치되고 다수개의 링크로 이루어진 손가락부분과,

   상기 손가락부분의 링크 및 이에 연결된 손바닥 부분 내에 각각 삽입 설치되어 다수개의 링크를 별도 구동시키는 다수개의 손가락구동부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 내부 모터 구동 형 15관절 로봇 손.
2. 제 1 항에 있어서;

   상기 손목부분은 로봇팔의 선단 손목부분에 연결되는 연결플랜지와, 상기 연결플랜지에 결합되는 손목홀더와, 상기 연결플랜지 및 손목홀더에 결합되는 손목홀더 커버를 포함하되,

   상기 손목홀더는 내부에 손바닥 구동부분이 삽입 설치되는 공간을 구비하고, 상기 공간과 연통하여 일측에 연결회전축이 관통되는 축관통 홀이 형성된 것을 특징으로 하는 내부 모터 구동 형 15관절 로봇 손.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서;

   상기 손바닥구동부분은 손목부분의 손목홀더 내에 고정 설치되는 구동모터와, 상기 구동모터의 축에 일체형으로 연결되는 제 1 기어와, 상기 제 1 기어와 치합되는 제 2 기어와, 상기 제 2 기어가 일측에 일체형으로 형성되고 손목홀더 내에 회전 가능하도록 양단이 지지되는 회전축과, 상기 회전축의 또다른 일측에 일체형으로 형성되는 워엄과, 상기 워엄에 치합되는 워엄휘일과, 상기 워엄휠이 일체형으로 설치되는 연결회전축을 포함하는 것을 특징으로 하는 내부 모터 구동 형 15관절 로봇 손.
4. 제 1 항에 있어서;

   상기 손가락부분은 손가락 끝마디에 해당되고 후부방향으로 수결합대가 돌출 형성된 끝단링크와,

   상기 끝단링크의 수결합대가 삽입되는 암 결합대를 일측단에 구비하고, 내부에 손가락구동부분이 삽입되는 동부 삽입 홈을 구비하며 타측단에 수결합대를 구비하는 다수개의 마디링크와,

   상기 끝단링크의 수결합대와 마디링크의 암 결합대, 마디링크의 수결합대와 또다른 마디링크의 암 결합대를 연결하고, 암 결합대에 핀 고정되는 다수개의 힌지축을 포함하되,

   상기 암/수결합대에는 힌지축이 삽입되는 홀을 구비하고, 상기 힌지축은 암 결합대에 핀 결합되어 고정되며, 상기 수결합대에는 손가락구동부분과 연결되는 연결홈이 형성된 것을 특징으로 하는 내부 모터 구동 형 15관절 로봇 손.
5. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서;

   상기 손가락 구동부분은 구동부분 삽입홈 내로 삽입 고정되는 마디구동모터와, 상기 마디구동 모터 및 힌지 축에 연결되고 수결합대의 연결홈 내로 일측기어가 일체형으로 삽입 결합되는 베벨기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 내부 모터 구동 형 15관절 로봇 손.

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