KR20080016644A - 핸드 장치 - Google Patents

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KR20080016644A
KR20080016644A KR1020077029342A KR20077029342A KR20080016644A KR 20080016644 A KR20080016644 A KR 20080016644A KR 1020077029342 A KR1020077029342 A KR 1020077029342A KR 20077029342 A KR20077029342 A KR 20077029342A KR 20080016644 A KR20080016644 A KR 20080016644A
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타카후미 후쿠시마
히로시 마츠다
켄이치로 스기야마
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혼다 기켄 고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 핸드 장치(1)는 손바닥부(10)와, 복수의 손가락 기구(11~15)를 구비하고 있다. 손바닥부(10)에는 그 손바닥면 영역(100)을 위로 향했을 때, 손바닥면 영역(100)보다도 상방으로 돌출한 손바닥 돌출부(101~103)가 설치되어 있다. 이것에 의해, 손가락 기구(11~15)의 일부 또는 전부의 내측으로부터, 파지 대상이 되는 물체에 작용하는 힘에 대향하는 항력을 돌출부(101~103)로부터 당해 물체에 작용시킬 수 있다.
Figure 112007090092472-PCT00001
손바닥부, 손가락 기구, 제어 유닛, 동력전달 기구, 핸드 장치, 손바닥 돌출부.

Description

핸드 장치{HAND DEVICE}
본 발명은 손바닥부로부터 연장하여 설치된 복수의 손가락 기구에 의해 물체를 파지할 수 있는 핸드 장치에 관한 것이다.
종래, 인간의 손과 같이, 손바닥부로부터 연장하여 설치된 복수의 굴신운동가능한 손가락 기구를 구비한 핸드 장치가 제안되어 있다(예를 들면, 일본 특개 2001-347482호 공보 참조).
(발명의 개시)
(발명이 해결하고자 하는 과제)
그러나, 핸드 장치에는 인간의 손과 같은 유연성이 약간 부족하기 때문에, 손가락을 굴곡시키는 힘을 강화하여, 물체를 강하게 쥐려고 하면, 물체의 자세가 불안정하게 되거나, 물체가 손바닥부로부터 빠져나가거나 해버리는 경우가 있었다.
그래서, 본 발명은, 상기한 바와 같은 물체의 손바닥부로부터의 빠져나감을 억제하고, 당해 물체를 보다 안정하게 파지할 수 있는 핸드 장치를 제공하는 것을 해결 과제로 한다.
(과제를 해결하기 위한 수단)
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 핸드 장치는 손바닥부와, 이 손바닥부로부터 연장하여 설치된 복수의 손가락 기구를 구비하고, 제어 유닛에 의해 동력원으로부터 동력전달 기구를 통하여 각 손가락 기구에 전달되는 동력이 조절됨으로써 당해 각 손가락 기구의 굴신운동이 제어되고, 이 복수의 손가락 기구를 그 내측으로 굴곡시킴으로써 이 복수의 손가락 기구 및 손바닥부에 의해 물체를 파지할 수 있는 핸드 장치로서, 상기 손바닥부에서 그 손바닥면 영역을 위로 향했을 때, 이 손바닥면 영역보다도 상방으로 돌출한 손바닥 돌출부, 및 복수의 손가락 기구 중 일부 또는 전부에서 그 내측에 돌출된 손가락 돌출부 중 한쪽 또는 양쪽이 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 핸드 장치에 의하면, 복수의 손가락 기구의 일부 또는 전부의 손가락의 내측으로부터, 파지 대상이 되는 물체에 작용하는 힘에 대항하는 항력을 손바닥 돌출부 및 손가락 돌출부 중 일부 또는 전부로부터 당해 물체에 작용시킬 수 있다. 이것에 의해, 당해 돌출부가 손바닥부에 설치되어 있지 않은 경우와 비교하여, 물체가 손바닥부로부터 빠져나가는 것을 억제하면서 손가락 기구의 굴곡력을 강화할 수 있으므로, 핸드 장치에 의해 강한 악력으로 당해 물체가 안정되게 파지될 수 있다. 또한 「손바닥면 영역」은 평면 및 완만한 모양으로 연속되는 곡면 중 한쪽 또는 양쪽에 의해 구성된다.
또, 본 발명의 핸드 장치는 상기 손바닥 돌출부로서 상기 손바닥면 영역을 부분적으로 둘러싸는 뱅크부(bank)가 상기 손바닥부에 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 핸드 장치에 의하면, 상기한 바와 같이 물체가 손가락 기구로부터 받는 힘에 대향하는 항력이 손바닥 돌출부인 뱅크부로부터 당해 물체에 작용함으로써 물체가 안정하게 파지될 수 있다. 또, 물체가 손바닥면 영역의 범위에 들어갈 정도의 사이즈일 경우, 당해 물체가 손바닥면 영역 부분으로부터 빠져나가는 것이 뱅크부에 의해 억제되므로, 당해 물체가 안정하게 파지될 수 있다.
또한, 본 발명의 핸드 장치는 상기 복수의 손가락 기구 중 일부 또는 전부의 근원부분의 내측에 상기 손가락 돌출부가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 핸드 장치에 의하면, 상기한 바와 같이 물체가 손가락 기구로부터 받는 힘에 대향하는 항력이 손가락 기구의 근원부분 내측에 설치된 손가락 돌출부로부터 당해 물체에 작용함으로써 물체가 안정하게 파지될 수 있다.
또한, 본 발명의 핸드 장치는 상기 복수의 손가락 기구로서, 상기 손바닥면 영역을 사이에 끼우고 내측이 서로 대향할 수 있는, 제 1 손가락 기구 및 병렬배치된 제 2 내지 제 n 손가락 기구(n=3, 4, 5, ‥)를 구비하고, 상기 손바닥부에서의 제 1, 제 2 및 제 n 손가락 기구의 각각의 밑동부분의 일부 또는 전부에 상기 손바닥 돌출부가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 핸드 장치에 의하면, 제 1 손가락 기구를 인간의 손의 엄지손가락에 대응시키고, 또한, 제 2 내지 제 n 손가락 기구를 인간의 손의 집게손가락 등, 엄지손가락 이외의 손가락에 대응시켜 각 손가락 기구의 배치, 형상, 기능 등이 설정될 수 있다. 이것에 의해, 휴머노이드형 로봇의 핸드 장치로서 어울리는 형상 및 기능 등을 당해 핸드 장치에 가지게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 핸드 장치는, 상기 손바닥 돌출부가 상기 손바닥부와는 별개의 손바닥 부재에 의해 구성되고, 상기 제어 유닛에 의해 동력원으로부터 이 손바닥 부재에 전달되는 동력이 조절됨으로써, 상기 손바닥면 영역을 위로 향했을 때, 이 손바닥면 영역보다도 상방으로의 상기 손바닥 돌출부의 돌출위치 및 돌출량 중 한쪽 또는 양쪽이 제어되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 핸드 장치에 의하면, 손바닥 돌출부의 돌출위치나 돌출량이 제어됨으로써 물체의 안정한 파지의 관점에서, 손가락 기구로부터 물체에 작용하는 힘에 대향하는 적당한 힘을 손바닥 돌출부로부터 당해 물체에 작용시킬 수 있다.
또, 본 발명의 핸드 장치는, 상기 손바닥 부재가 상기 제어 유닛에 의해 동력원으로부터 전달되는 동력이 조절됨으로써 상기 손바닥면 영역에 대하여 근접하거나 떨어지거나 하도록 요동시켜지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 핸드 장치에 의하면, 복수의 손가락 기구의 신장동작 및 굴곡동작에 연동하여, 손바닥 부재가 손바닥면 영역에 근접하도록 또는 떨어지도록 요동함으로써 파지 대상이 되는 물체의 형상 등에 맞추어, 손바닥 돌출부의 돌출위치나 돌출량이 적당히 제어된다.
또한, 본 발명의 핸드 장치는 상기 손가락 돌출부가 상기 손가락 기구와는 별개인 부재에 의해 구성되고, 상기 제어 유닛에 의해 동력원으로부터 이 부재에 전달되는 동력이 조절됨으로써, 이 손가락 기구의 내측으로의 상기 손가락 돌출부의 돌출위치 및 돌출량 중 한쪽 또는 양쪽이 제어되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 핸드 장치에 의하면, 손가락 기구에 설치된 손가락 돌출부의 돌출위치나 돌출량이 제어됨으로써 물체의 안정한 파지의 관점에서, 손바닥부의 손바닥 돌출부나, 다른 손가락 기구로부터 물체에 작용하는 힘에 대향하는 적당한 힘을 당해 손가락 돌출부로부터 당해 물체에 작용시킬 수 있다.
또, 본 발명의 핸드 장치는 상기 손바닥 돌출부에 작용하는 외력에 따른 신호를 출력하는 힘 센서가 설치되고, 상기 제어 유닛이 이 힘 센서로부터의 출력신호에 따라, 상기 동력원으로부터 각 손가락 기구에 전달되는 동력을 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 핸드 장치에 의하면, 손바닥부에 설치된 손바닥 돌출부에 대한 물체의 닿음 상태(접촉 상태)에 따라, 복수의 손가락 기구의 각각으로부터 당해 물체에 작용하는 힘이 당해 물체를 안정하게 파지하는 관점에서 적당히 제어될 수 있다.
또한, 본 발명의 핸드 장치는, 상기 제어 유닛이 상기 손바닥 돌출부에 설치된 상기 힘 센서로부터의 출력에 따라, 상기 동력원으로부터 이 손바닥 돌출부에 내측이 대향하는 손가락 기구에 전달되는 동력을 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 핸드 장치에 의하면, 손바닥부에 설치된 손바닥 돌출부에 대한 물체의 닿음 상태(접촉 상태)에 따라, 복수의 손가락 기구 중, 내측이 당해 손바닥 돌출부에 대향하는 손가락 기구로부터 당해 물체에 작용하는 힘이 당해 물체를 안정하게 파지하는 관점에서 적당히 제어될 수 있다.
또, 본 발명의 핸드 장치는 상기 힘 센서가 설치된 손바닥 돌출부에 대향하는 손가락 기구의 내측에 동일하게 힘 센서가 설치되고, 상기 제어 유닛이 이 손바닥 돌출부 및 손가락 기구의 내측에 설치된 힘 센서로부터의 출력의 시간변화 패턴을 검지하고, 당해 검지 결과에 따라, 상기 동력원으로부터 각 손가락 기구에 전달되는 동력을 시간변화시키면서 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 핸드 장치에 의하면, 서로 대향하는 손가락 기구의 내측과, 손바닥부의 돌출부가 파지 대상인 물체에 접촉하는 선후관계에 기초하여, 필요에 따라 복수의 손가락 기구 및 손바닥부 중 일부 또는 전부의 자세변경 등에 의한 당해 물체의 고쳐쥐기가 가능하게 된다. 이 때문에, 물체를 파지해서 손상될 가능성이 높다고 예측되는 상태에서, 핸드 장치에 의한 당해 물체의 파지의 태양이 변경되어, 이것에 의해 물체가 안정하게 파지될 수 있다.
또한, 본 발명의 핸드 장치는 상기 손바닥 돌출부가 형성됨으로써 상기 손바닥부의 내부에서 상기 손바닥면 영역의 부분보다도 넓게 형성된 공간에, 상기 동력원이 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 핸드 장치에 의하면, 손바닥 돌출부의 형성에 의해 발생한 손바닥부의 내부공간이 복수의 손가락 기구의 일부 또는 전부에 동력을 전달하는 동력원의 배치 스페이스로서 유효하게 이용될 수 있다. 또, 손바닥 돌출부에서의 손바닥부의 내부공간이 손바닥면 영역 부분에서의 손바닥부의 내부공간보다도 크므로, 그 분량만 큰 동력원을 손바닥부에 내장시키고, 이것에 의해 당해 동력원으로부터 손가락 기구에 전달되는 동력, 나아가서는 핸드 장치의 악력이 강화될 수 있다.
또한, 손바닥 돌출부에서의 손바닥부의 내부공간에 배치된 동력원이 당해 손바닥 돌출부에 내측이 대향할 수 있는 손가락 기구에 동력을 전달하는 것일 경우, 상기한 바와 같이 (1) 동력원의 대형화에 의한 당해 손가락 기구의 굴곡력의 강화, 및 동일하게 상기와 같이 (2) 당해 손가락 기구로부터 파지 대상이 되는 물체에 작용하는 힘에 대향하여 당해 물체에 당해 손바닥 돌출부로부터의 항력작용의 상승효과에 의해, 보다 안정하게 당해 물체가 핸드 장치에 의해 파지될 수 있다.
또, 본 발명의 핸드 장치는, 상기 손바닥 돌출부가 형성됨으로써 상기 손바닥부의 내부에서 상기 손바닥면 영역의 부분보다도 넓게 형성된 공간에, 상기 제어 유닛이 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 핸드 장치에 의하면, 손바닥 돌출부의 형성에 의해 생긴 손바닥부의 내부공간이, 복수의 손가락 기구의 굴신운동을 제어하기 위한 제어 유닛의 배치 스페이스로서 유효하게 이용될 수 있다. 또, 손바닥 돌출부에서의 손바닥부의 내부공간이 손바닥면 영역 부분에서의 손바닥부의 내부공간보다도 크므로, 그 분량만큼 제어 유닛 주위의 제어신호선이나 전선의 배선 스페이스가 크게 확보될 수 있다.
도 1은 본 발명의 핸드 장치를 구비하는 로봇의 구성 예시도,
도 2는 본 발명의 핸드 장치(제 1 실시예)의 구성 설명도,
도 3은 본 발명의 핸드 장치(제 1 실시예)의 구성 설명도,
도 4는 본 발명의 핸드 장치(제 1 실시예)에 의한 물체의 파지 상태의 예시 도,
도 5는 본 발명의 핸드 장치(제 2 실시예)의 구성 설명도,
도 6은 본 발명의 핸드 장치(제 2 실시예)의 구성 설명도,
도 7은 본 발명의 핸드 장치(제 2 실시예)에 의한 물체의 파지 상태의 예시 도,
도 8은 본 발명의 핸드 장치(제 3 실시예)의 구성 설명도,
도 9는 본 발명의 핸드 장치(제 4 실시예)의 구성 설명도,
도 10은 본 발명의 핸드 장치의 기능 설명도이다.
(발명을 실시하기 위한 최선의 형태)
본 발명의 핸드 장치의 실시형태에 대하여 도면을 사용하여 설명한다.
도 1에 도시되어 있는 로봇(R)은 인간과 마찬가지로, 상체부(P1)와, 상체부(P1)의 상방에 배치된 머리부(P2)와, 상체부(P1)의 하부로부터 하방으로 연장하여 설치된 좌우의 다리부(P3)와, 상체부(P1)의 상부의 양측부로부터 연장하여 설치된 좌우의 팔부(P4)와, 좌우의 팔부(P4)의 각각의 선단에 설치되어 있는 핸드 장치(1)를 구비하고 있다. 로봇(R)은 좌우의 다리부(P3)의 움직임에 의해 자율적으로 보행할 수 있는 2족 보행 로봇이다.
먼저, 핸드 장치(1)의 제 1 실시예에 대하여 도 2~도 4를 사용하여 설명한다.
도 2에 도시되어 있는 제 1 실시예의 핸드 장치(1)는 손바닥부(10)와, 손바닥부(10)로부터 연장하여 설치된 제 1 손가락 기구(11), 제 2 손가락 기구(12), 제 3 손가락 기구(13), 제 4 손가락 기구(14) 및 제 5 손가락 기구(15)를 구비하고 있 다. 제 1 손가락 기구(11), 제 2 손가락 기구(12), 제 3 손가락 기구(13), 제 4 손가락 기구(14), 및 제 5 손가락 기구(15)의 각각은 인간의 손의 엄지손가락, 집게손가락, 가운뎃손가락, 넷째 손가락 및 새끼손가락의 각각에 상당한다. 제 1 손가락 기구(11)는, 그 내측이 다른 손가락 기구(12~15)의 내측을 향할 수 있도록 배치되어 있다. 4개의 손가락 기구(12~15)는 횡방향으로 병렬되어 있다.
제 1 손가락 기구(11)는 제 1 링크 부재(112), 제 2 링크 부재(114), 제 3 링크 부재(116) 및 파선으로 도시되어 있는 바와 같은 형상의 손가락 커버를 구비하고 있다. 제 1 링크 부재(112), 제 2 링크 부재(114) 및 제 3 링크 부재(116)의 각각은 인간의 손의 제 1 중수골, 엄지손가락의 밑마디 및 끝마디에 상당한다. 제 1 링크 부재(112)는 손바닥부(10)에 부착된 기부(110)에 대하여 제 1 축(a1)의 주위로 회전가능한 상태로, 제 1 관절(111)을 통하여 당해 기부(110)에 연결되어 있다. 기부(110)는 손바닥부(10)에 고정되어 있어도 되고, 손바닥부(10)에 대하여 가동상태로 부착되어 있어도 된다. 제 2 링크 부재(114)는 제 1 링크 부재(112)에 대하여 제 2 축(a2)의 주위로 회전가능한 상태로, 제 2 관절(113)을 통하여 제 1 링크 부재(112)에 연결되어 있다. 제 3 링크 부재(116)는 제 2 링크 부재(114)에 대하여 제 3 축(a3)의 주위에 회전가능한 상태로, 제 3 관절(115)을 통하여 제 2 링크 부재(114)에 연결되어 있다. 제 1 관절(111), 제 2 관절(113) 및 제 3 관절(115)의 각각은 인간의 손의 제 1 중수골의 기부측의 관절, 엄지손가락 중수지절 관절 및 지절간 관절의 각각에 상당한다. 제 1 축(a1)은 손가락 기구(12~15)의 병렬방향(도 2의 좌우측 방향)과 거의 평행하고, 제 2 축(a2)은 제 1 축(a1)과 떨어 져서서 교차하고 있고, 제 3 축(a3)은 제 2 축(a2)과 떨어져서 교차하고 있다.
제 1 손가락 기구(11)는 손바닥부(10)에 수납된 모터(M)로부터, 감속기구(G) 등에 의해 구성되는 동력전달 기구를 통하여 전달되는 동력에 따라, 제 1 관절(111), 제 2 관절(113) 및 제 3 관절(115)의 각각에 있어서 구부러질 수 있다. 모터(M)로부터 제 1 손가락 기구(11)에 전달되는 동력은 CPU 등에 의해 구성된 제어 유닛(도시 생략)에 의해 제어된다.
손가락 기구(12~15)는, 예를 들면, 일본 특허공개 2003-181787호 공보에 기재되어 있는 손가락 기구와 동일한 구성으로 되어 있고, 또, 각각이 거의 동일한 구성으로 되어 있다. 예를 들면, 제 5 손가락 기구(15)는 제 1 링크 부재(152), 제 2 링크 부재(154), 제 3 링크 부재(156) 및 파선으로 도시되어 있는 바와 같은 형상의 손가락 커버를 구비하고 있다. 제 1 링크 부재(152), 제 2 링크 부재(154) 및 제 3 링크 부재(156)의 각각은 인간의 손의 새끼 손가락의 밑마디, 중간마디 및 끝마디의 각각에 상당한다. 제 1 링크 부재(152)는 손바닥부(10)에 부착된 기부(150)에 대하여 제 1 축(b1)의 주위로 회전가능한 상태로, 제 1 관절(151)을 통하여 당해 기부(150)에 연결되어 있다. 기부(150)는 손바닥부(10)에 고정되어 있어도 되고, 손바닥부(10)에 대하여 가동상태로 장착되어 있어도 된다. 제 2 링크 부재(154)는 제 1 링크 부재(152)에 대하여 제 2 축(b2)의 주위로 회전가능한 상태로, 제 2 관절(153)을 통하여 제 1 링크 부재(152)에 연결되어 있다. 제 3 링크 부재(156)는 제 2 링크 부재(154)에 대하여 제 3 축(b3)의 주위로 회전가능한 상태로, 제 3 관절(155)을 통하여 제 2 링크 부재(154)에 연결되어 있다. 제 1 관 절(151), 제 2 관절(153) 및 제 3 관절(155)의 각각은, 인간의 손의 새끼손가락의 중수지절 관절, 근위지절간 관절 및 원위지절간 관절의 각각에 상당한다. 제 1 축(b1), 제 2 축(b2) 및 제 3 축(b3)은 손가락 기구(12~15)의 배열 방향(도 2의 좌우 방향)과 거의 평행하다.
제 5 손가락 기구(15)는 동력원인 모터(도시 생략)로부터, 동력전달 기구를 통하여 전달되는 동력에 따라, 제 1 관절(151), 제 2 관절(153) 및 제 3 관절(155)의 각각에서 내측으로 구부러질 수 수 있다. 모터로부터 제 5 손가락 기구(15)에 전달되는 동력은 제 1 손가락 기구(11)와 마찬가지로 상기 제어 유닛에 의해 제어된다.
제 2 손가락 기구(12), 제 3 손가락 기구(13) 및 제 4 손가락 기구(14)의 각각의 구성은 제 5 손가락 기구(15)의 상기 구성과 거의 동일하므로 설명을 생략한다.
또한, 손가락 기구(11~15) 중, 복수의 손가락 기구가 공통의 하나의 모터에 의해 구동되어도 되고, 본 실시형태에서의 제 1 손가락 기구(11)와 같이 하나의 손가락 기구가 하나의 모터에 의해 구동되어도 된다. 또, 동력전달 기구는 전술의 일본 특허공개 2003-181787호 공보에 기재되어 있는 바와 같이 와이어나 풀리 등에 의해 구성되어도 되고, 각 손가락 기구를 굴신운동시키도록 모터의 동력을 전달할 수 있는 모든 구성이 채용되어도 된다.
손바닥부(10)는 제 1 손가락 기구(11)의 동력원인 모터(M)나, 손가락 기구(11~15)의 각각의 동력전달 기구의 일부를 수납하는 케이스로서 구성되고, 도 3 에 도시되어 있는 바와 같이 손바닥면 영역(100)(사선부분)을 위로 향했을 때, 손바닥면 영역(100)보다도 상방으로 돌출하는 제 1 손바닥 돌출부(101), 제 2 손바닥 돌출부(102) 및 제 3 손바닥 돌출부(103)가 형성되어 있다.
손바닥면 영역(100)은 손가락 기구(11~15)의 내측으로 대향할 수 있는 대략 평면 모양(완만한 곡면 모양)이고, 또한, 제 3 손가락 기구(13)의 밑동부 주변에서 제 4 손가락 기구(14)의 밑동부 주변까지의 횡방향의 확장으로 갖고, 당해 밑동부 주변에서 손바닥부(10)의 대략 중앙부까지 종방향으로 넓어지는 대략 직사각형 모양의 영역이다.
제 1 손바닥 돌출부(101)는 제 1 손가락 기구(11)의 밑동부 부근으로부터, 손바닥면 영역(100)의 종방향의 확장을 손목측에서 차단하는 것처럼 횡방향으로 연장되어 형성되어 있다. 제 2 손바닥 돌출부(102)는 손바닥면 영역(100)의 횡방향의 일방의 확장을 차단하는 것처럼 제 2 손가락 기구(12)의 밑동부 부근에 형성되어 있다. 제 3 손바닥 돌출부(103)는 손바닥면 영역(100)의 횡방향의 타방의 확장을 차단하는 것처럼 제 5 손가락 기구(15)의 밑동부 부근에 형성되어 있다. 손바닥 돌출부(101~103)는 손바닥면 영역(100)을 부분적으로 둘러싸는 뱅크부를 구성하고 있다.
또한, 제 1 손바닥 돌출부(101)가 형성됨으로써 손바닥부(10)의 내부에서 손바닥면 영역(100)의 부분보다도 넓게 형성된 공간(S)에 제 1 손가락 기구(11)의 동력원으로서의 모터(M)가 배치되어 있다.
상기 구성의 제 1 실시예의 핸드 장치(1)에 의하면, 예를 들면, 도 4에 도시 되어 있는 바와 같이, 손가락 기구(11~15)로부터 원기둥 모양의 물체(x)에 작용하는 힘(흑색 화살표 참조)에 대향하는 항력(백색 화살표 참조)을 손바닥 돌출부(101~103)로부터 당해 물체(x)에 작용시킬 수 있다. 또한, 도 4에서는 제 4 손가락 기구(14), 제 5 손가락 기구(15) 및 제 3 손바닥 돌출부(103)의 각각은 숨겨져 있지만, 제 1 손가락 기구(11), 제 2 손가락 기구(12), 제 3 손가락 기구(13), 제 1 손바닥 돌출부(101) 및 제 2 손바닥 돌출부(102)와 마찬가지로, 물체(x)에 맞닿아 있다. 이것에 의해, 손바닥 돌출부(101~103)가 손바닥부(10)에 설치되어 있지 않은 경우와 비교하여, 물체(x)가 손바닥부(10)로부터 빠져나가는 것을 억제하면서 손가락 기구(11~15)의 굴곡력을 강화할 수 있으므로, 핸드 장치(1)에 의해 강한 악력으로 물체(x)가 안정하게 파지될 수 있다.
또, 파지 대상인 물체가, 손바닥면 영역(100)의 범위에 들어갈 정도의 사이즈일 경우, 당해 물체가 손바닥면 영역(100)의 부분으로부터 빠져나가는 것이, 손가락 기구(11~15) 및 3개의 손바닥 돌출부(101~103)에 의해 억제되므로, 당해 물체가 더욱 안정하게 파지될 수 있다.
또, 제 1 손바닥 돌출부(101)가 형성됨으로써 손바닥부(10)의 내부에서 손바닥면 영역(100)의 부분보다도 넓게 형성된 공간(S)에, 제 1 손가락 기구(11)의 동력원인 모터(M)가 배치되어 있다(도 3 및 도 4 참조). 즉, 손바닥부(10)의 내부공간(S)이 모터(M)의 배치 스페이스로서 유효하게 이용될 수 있다. 또, 당해 내부공간(S)이 손바닥면 영역(100)의 부분에서의 손바닥부(10)의 내부공간보다도 크므로, 그 분량만큼 큰 모터(M)를 손바닥부(10)에 내장시키고, 이것에 의해 당해 모터(M) 로부터 제 1 손가락 기구(11)에 전달되는 동력, 나아가서는 핸드 장치(1)의 악력이 강화될 수 있다.
이어서, 핸드 장치(1)의 제 2 실시예에 대하여 도 5~도 7을 사용하여 설명한다.
도 5에 도시되어 있는 제 2 실시예의 핸드 장치(1)에 의하면, 손바닥부(10)에서의 제 1 손가락 기구(11)의 밑동부 부분(제 1 실시예의 핸드 장치(1)에서의 제 1 손바닥 돌출부(101)가 형성되어 있던 부분)에 슬릿(1012)이 뚫어 설치되고, 이 슬릿(1012)으로부터 일부가 손바닥부(10)로부터 돌출하는 손바닥 부재(1011)에 의해 제 1 손바닥 돌출부(101)가 구성되어 있다. 손바닥 부재(1011)는 제 1 손가락 기구(11)의 동력원인 모터(M)로부터 동력이 전달됨으로써, 도 6에 실선으로 도시되어 있는 손바닥면 영역(100)에 가까운 상태와, 1점 쇄선으로 도시되어 있는 손바닥면 영역(100)으로부터 먼 상태와의 사이를 천이하도록 축(c)의 주위에서, 슬릿(1012)을 따라 요동한다. 그 밖의 구성은 상기 실시형태의 핸드 장치와 거의 동일하므로, 공통의 구성에 대해서는 동일한 부호를 사용함과 아울러, 설명을 생략한다.
상기 구성의 제 2 실시예의 핸드 장치(1)에 의하면, 예를 들면, 도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 손가락 기구(11~15)로부터 물체(x)에 작용하는 힘(흑색 화살표 참조)에 대향하는 항력(백색 화살표 참조)을 손바닥 부재(1011)(=제 1 손바닥 돌출부(101)), 제 2 손바닥 돌출부(102) 및 제 3 손바닥 돌출부(103)로부터 당해 물체(x)에 작용시킬 수 있다. 또한, 도 7에서는 제 2 손가락 기구(12)는 숨겨져 있는데, 제 1 손가락 기구(11), 제 3 손가락 기구(13), 제 4 손가락 기구(14), 제 5 손가락 기구(15), 제 1 손바닥 돌출부(101) 및 제 2 손바닥 돌출부(102)와 동일하게 물체(x)에 맞닿아 있다. 이것에 의해, 손바닥 돌출부(101~103)가 손바닥부(10)에 설치되어 있지 않은 경우와 비교하여, 물체(x)가 손바닥부(10)로부터 빠져나가는 것을 억제하면서 손가락 기구(11~15)의 굴곡력을 강화할 수 있으므로, 핸드 장치(1)에 의해 강한 악력으로 물체(x)가 안정하게 파지될 수 있다. 특히, 제 1 손바닥 돌출부(101)의 돌출위치나 돌출량(손바닥 부재(1011)의 자세)이 제어됨으로써, 물체(x)의 안정한 파지의 관점에서, 손가락 기구(11~15)로부터 물체(x)에 작용하는 힘에 대향하는 적당한 힘을 제 1 손바닥 돌출부(101)로부터 당해 물체(x)에 작용시킬 수 있다.
다음에 핸드 장치(1)의 제 3 실시예에 대하여 도 8을 사용하여 설명한다. 도 8에 도시되어 있는 제 3 실시예의 핸드 장치(1)는 제 1 손가락 기구(11)의 근원부분에, 그 내측으로 돌출하는 손가락 돌출부(1122)가 설치되어 있다. 그 밖의 구성은 제 1 실시예의 핸드 장치(도 2~도 4)와 거의 동일한 구성이므로, 공통의 구성에는 동일한 부호를 붙임과 아울러 설명을 생략한다.
상기 구성의 제 3 실시예의 핸드 장치(1)에 의하면, 제 1 및 제 2 실시예의 핸드 장치(1)와 동일하게, 손가락 기구(11~15)로부터 물체(x)에 작용하는 힘(흑색 화살표 참조)에 대향하는 항력(백색 화살표 참조)을 손바닥 돌출부(101~103)로부터 당해 물체(x)에 작용시킬 수 있다. 또, 손가락 돌출부(1122)로부터 물체(x)에 높은 압력을 작용시킬 수 있다. 이것에 의해, 핸드 장치(1)에 의해 강한 악력으로 물체(x)가 안정하게 파지될 수 있다.
계속해서, 핸드 장치(1)의 제 4 실시예에 대하여 도 9를 사용하여 설명한다. 도 9에 도시되어 있는 제 4 실시예의 핸드 장치(1)는 제 1 손가락 기구(11)의 근원부분에 그 내측으로 돌출하는 손가락 돌출부(1122)가 설치되어 있다. 그 밖의 구성은 제 2 실시예의 핸드 장치(도 5~도 7)와 거의 동일한 구성이므로, 공통의 구성에는 동일한 부호를 붙임과 아울러 설명을 생략한다.
상기 구성의 제 4 실시예의 핸드 장치(1)에 의하면, 제 1 및 제 2 실시예의 핸드 장치(1)와 동일하게, 손가락 기구(11~15)로부터 물체(x)에 작용하는 힘(흑색 화살표 참조)에 대향하는 항력(백색 화살표 참조)을 손바닥 돌출부(101~103)로부터 당해 물체(x)에 작용시킬 수 있다. 또, 손가락 돌출부(1122)로부터 물체(x)에 높은 압력을 작용시킬 수 있다. 이것에 의해, 핸드 장치(1)에 의해 강한 악력으로 물체(x)가 안정하게 파지될 수 있다.
또한, 제 3 및 제 4 실시예에 있어서, 제 2 손가락 기구(12) 등의 다른 손가락 기구에도 마찬가지로 내측으로 돌출하는 손가락 돌출부가 설치되어 있어도 된다. 또, 손가락 기구의 내측으로 돌출한 손가락 돌출부가 당해 손가락 기구와는 별개의 손가락 부재에 의해 구성되고, 제어 유닛에 의해 모터 등의 동력원으로부터 당해 손가락 부재에 전달되는 동력이 조절됨으로써 당해 손가락 부재의 돌출 방향 및 돌출량이 조절되어도 된다.
제 1 내지 제 4 실시예의 핸드 장치(1)의 물체 파지 능력에 관한 실험결과를 도 10에 나타낸다.
도 10에서 횡축은 파지 대상인 원기둥 모양의 물체의 직경을 나타내고, 종축은 핸드 장치(1)의 악력을 나타내고 있다. 손가락 기구(11~15)의 동력원으로서의 모터의 전류나, 손바닥부(10)에 설치된 압력센서의 출력 등에 기초하여 측정된다. 손바닥부(10)에 손바닥 돌출부(101~103)가 형성되어 있지 않고, 또한, 손가락 기구(11~15)의 어느 쪽에도 손가락 돌출부(1122)가 형성되어 있지 않은 종래의 핸드 장치의 물체 파지 능력은 도 10에서 굵은 선으로 도시되어 있다.
이에 반하여, 제 1~제 4 실시예의 핸드 장치(1)에 의하면, 세선(제 1 실시예), 파선(제 2 실시예), 1점 쇄선(제 3 실시예) 및 2점 쇄선(제 4 실시예)으로 도시되어 있는 바와 같은 종래의 핸드 장치를 초과하는 높은 파지 능력을 갖고 있는 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 핸드 장치(1)에 의하면, 당해 종래의 핸드 장치보다도 강한 악력으로 물체를 파지할 수 있다(물체 직경 r0~r3에서의 악력을 참조). 또, 본 발명의 핸드 장치(1)에 의하면, 당해 종래의 핸드 장치보다도 큰 직경의(큰) 물체를 파지할 수 있는 것을 알 수 있다(물체 직경 r3~r4에서의 악력을 참조). 또한, (a) 손바닥 돌출부(101~103)가 손바닥부(10)에 설치되어 있는 제 1 실시예(세선), (a) 손바닥 돌출부(101~103)가 손바닥부(10)에 설치되고, 또한, (b) 손가락 돌출부(1122)가 설치되어 있는 제 3 실시예(1점 쇄선), (a) 손바닥 돌출부(101~103)가 손바닥부(10)에 설치되고, 또한, (c) 손바닥 돌출부(101)가 가동의 손바닥 부재(1011)에 의해 구성되어 있는 제 2 실시예(파선), (a) 손바닥 돌출부(101~103)가 손바닥부(10)에 설치되고, (b) 손가락 돌출부(1122)가 설치되고, 또한, (c) 손바닥 돌출부(101)가 가동의 손바닥 부재(1011)에 의해 구성되어 있는 제 4 실시예(2점 쇄선)의 순으로 핸드 장치(1)의 악력이 서서히 커지고 있는 것을 알 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는 핸드 장치(1)가 휴머노이드형 로봇(1)의 핸드 장치로서 적당한 것이 되도록 인간의 5개의 손가락에 상당하는 5개의 손가락 기구(11~15)를 구비하고 있지만, 당해 손가락 기구의 수나 배치는 변경될 수 있다.
또, 상기 실시형태에서는 제 1 손바닥 돌출부(101)에서의 손바닥부(10)의 내부공간(S)에, 제 1 손가락 기구(11)의 동력원으로서의 모터(M)가 배치되어 있지만(도 3 및 도 4 참조), 다른 실시형태로서 손가락 기구(12~15)의 일부 또는 전부의 동력원으로서의 모터가 당해 내부공간(S)에 배치되어도 된다.
당해 구성의 핸드 장치(1)에 의하면, (1) 내부공간(S)의 넓이에 따른 모터의 대형화에 의한 당해 손가락 기구(12~15)의 굴곡력의 강화, 및 (2) 당해 손가락 기구(12~15)로부터 파지 대상이 되는 물체에 작용하는 힘에 대향하여 당해 물체에 제 1 손바닥 돌출부(101)로부터 작용하는 항력의 상승효과에 의해, 보다 확실하게 당해 물체가 핸드 장치(1)에 의해 파지될 수 있다.
동일한 관점에서, 제 1 손가락 기구(11)의 동력원으로서의 모터(M)가 제 2 손바닥 돌출부(102) 또는 제 3 손바닥 돌출부(103)의 형성에 의해 손바닥면 영역(100)보다도 크게 형성된 손바닥부(10)의 내부공간에 배치되어도 된다. 이것에 의해, (1) 내부공간의 넓이에 따른 모터(M)의 대형화에 의한 제 1 손가락 기구(11)의 굴곡력의 강화, 및 (2) 제 1 손가락기 기구(11)로부터 파지 대상이 되는 물체에 작용하는 힘에 대향하여 당해 물체에 제 2 손바닥 돌출부(102) 및 제 3 손바닥 돌 출부(103)의 한쪽 또는 양쪽으로부터 작용하는 항력의 상승효과에 의해, 보다 확실하게 당해 물체가 핸드 장치(1)에 의해 파지될 수 있다.
또한, 제 1 손바닥 돌출부(101)나, 제 2 손바닥 돌출부(102) 또는 제 3 손바닥 돌출부(103)에서의, 손바닥면 영역(100)의 부분보다도 큰 손바닥부(10)의 내부공간에, 손가락 기구(11~15)의 일부 또는 전부의 굴신운동을 제어하기 위한 상기 제어 유닛이 배치되어 있어도 된다.
당해 구성의 핸드 장치(1)에 의하면, 손바닥부(10)의 당해 내부공간(S)이 제어 유닛의 배치 스페이스로서 유효하게 이용될 수 있다. 또, 당해 내부공간(S)이 손바닥면 영역(100)의 부분에서의 손바닥부(10)의 내부공간보다도 크므로, 그 분량만큼 제어 유닛 주변의 제어신호선이나 전선의 배선 스페이스가 크게 확보될 수 있다.
또, 손바닥 돌출부(101~103)의 각각의 장소에 작용하는 외력에 따라 출력하는 힘 센서가 손바닥부(10)에 설치되고, 손가락 기구(11~15)의 굴신운동을 제어하기 위한 상기 제어 유닛이 당해 힘 센서로부터의 출력에 따라, 모터(M) 등의 동력원으로부터 각 손가락 기구(11~15)에 전달되는 동력을 조절해도 된다.
당해 구성의 핸드 장치(1)에 의하면, 손바닥부(10)에 설치된 손바닥 돌출부(101~103)에 대한 물체의 닿음 상태(접촉 상태)에 따라, 복수의 손가락 기구(11~15)의 각각으로부터 당해 물체에 작용시키는 힘이 당해 물체를 안정하게 파지하는 관점에서 적당히 제어될 수 있다. 예를 들면, 힘 센서의 출력이 제 1 손바닥 돌출부(101)에서의 손바닥부(10)와 물체와의 접촉에 따른 것일 경우, 제 1 손바 닥 돌출부(101)에 내측이 대향하는 손가락 기구(12~15)를 굴곡시키는 힘이 강화되어도 된다(도 4 참조). 또, 힘 센서의 출력이 제 2 손바닥 돌출부(102) 또는 제 3 손바닥 돌출부(103)에서의 손바닥부(10)와 물체와의 접촉에 따른 것일 경우, 제 2 손바닥 돌출부(102) 또는 제 3 손바닥 돌출부(103)에 내측이 대향하는 제 1 손가락 기구(11)를 굴곡시키는 힘이 강화되어도 된다(동).
또한, 손바닥 돌출부(101~103) 뿐만 아니라, 이것들에 대향하는 손가락 기구(11~15)의 내측에도 힘 센서가 설치되고, 제어 유닛이 당해 손바닥 돌출부(101~103) 및 손가락 기구(11~15)의 내측에 설치된 힘 센서로부터의 출력의 시간변화 패턴을 검지하고, 당해 검지 결과에 따라, 모터(M) 등의 동력원으로부터 각 손가락 기구(11~15)에 전달되는 동력을 시간 변화시키면서 조절해도 된다.
당해 구성의 핸드 장치(1)에 의하면, 서로 대향하는 손가락 기구(11~15)의 내측과, 손바닥부(10)의 손바닥 돌출부(101~103)가 파지 대상인 물체에 접촉하는 선후 관계에 기초하여, 필요에 따라 복수의 손가락 기구(11~15) 및 손바닥부(10) 중 일부 또는 전부의 자세 변경 등에 의한 당해 물체의 고쳐쥐기가 가능하게 된다. 이 때문에, 물체를 파지하여 손상시킬 가능성이 높다고 예측되는 상태에서, 핸드 장치(1)에 의한 당해 물체의 파지의 태양이 변경되고, 이것에 의해 물체가 안정하게 파지될 수 있다.

Claims (12)

  1. 손바닥부와, 이 손바닥부로부터 연장하여 설치된 복수의 손가락 기구를 구비하고, 제어 유닛에 의해 동력원으로부터 동력전달 기구를 통하여 각 손가락 기구에 전달되는 동력이 조절됨으로써 당해 각 손가락 기구의 굴신운동이 제어되어, 이 복수의 손가락 기구를 그 내측으로 굴곡시킴으로써 이 복수의 손가락 기구 및 손바닥부에 의해 물체를 파지할 수 있는 핸드 장치로서,
    상기 손바닥부에서 그 손바닥면 영역을 위로 향했을 때, 이 손바닥면 영역보다도 상방으로 돌출한 손바닥 돌출부, 및 복수의 손가락 기구 중 일부 또는 전부에서 그 내측으로 돌출한 손가락 돌출부 중 한쪽 또는 양쪽이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 핸드 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 손바닥 돌출부로서 상기 손바닥면 영역을 부분적으로 둘러싸는 뱅크부가 상기 손바닥부에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 핸드 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 손가락 기구 중 일부 또는 전부의 근원 부분의 내측에 상기 손가락 돌출부가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 핸드 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 손가락 기구로서, 상기 손바닥면 영역을 사 이에 끼우고 내측이 서로 대향할 수 있는 제 1 손가락 기구 및 병렬배치된 제 2 내지 제 n 손가락 기구(n= 3, 4, 5, ‥)를 구비하고,
    상기 손바닥부에서의 제 1, 제 2 및 제 n 손가락 기구의 각각의 밑동부 부분의 일부 또는 전부에 상기 손바닥 돌출부가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 핸드 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 손바닥 돌출부가 상기 손바닥부와는 별개의 손바닥 부재에 의해 구성되고,
    상기 제어 유닛에 의해 동력원으로부터 이 손바닥 부재에 전달되는 동력이 조절됨으로써, 상기 손바닥면 영역을 위로 향했을 때, 이 손바닥면 영역보다도 상방으로의 상기 손바닥 돌출부의 돌출위치 및 돌출량 중 한쪽 또는 양쪽이 제어되는 것을 특징으로 하는 핸드 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 손바닥 부재가 상기 제어 유닛에 의해 동력원으로부터 전달되는 동력이 조절됨으로써 상기 손바닥면 영역에 대하여 근접하거나 떨어지거나 하도록 요동시켜지는 것을 특징으로 하는 핸드 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 손가락 돌출부가 상기 손가락 기구와는 별개의 부재에 의해 구성되고,
    상기 제어 유닛에 의해 동력원으로부터 이 부재에 전달되는 동력이 조절됨으 로써, 이 손가락 기구의 내측으로의 상기 손가락 돌출부의 돌출위치 및 돌출량 중 한쪽 또는 양쪽이 제어되는 것을 특징으로 하는 핸드 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 손바닥 돌출부에 작용하는 외력에 따른 신호를 출력하는 힘 센서가 설치되고,
    상기 제어 유닛이 이 힘 센서로부터의 출력신호에 따라, 상기 동력원으로부터 각 손가락 기구에 전달되는 동력을 조절하는 것을 특징으로 하는 핸드 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제어 유닛이 상기 손바닥 돌출부에 설치된 상기 힘 센서로부터의 출력에 따라, 상기 동력원으로부터 이 손바닥 돌출부에 내측이 대향하는 손가락 기구에 전달되는 동력을 조절하는 것을 특징으로 하는 핸드 장치.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 힘 센서가 설치된 손바닥 돌출부에 대향하는 손가락 기구의 내측에 동일하게 힘 센서가 설치되고,
    상기 제어 유닛이 이 손바닥 돌출부 및 손가락 기구의 내측에 설치된 힘 센서로부터의 출력의 시간변화 패턴을 검지하고, 당해 검지 결과에 따라, 상기 동력원으로부터 각 손가락 기구에 전달되는 동력을 시간 변화시키면서 조절하는 것을 특징으로 하는 핸드 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 손바닥 돌출부가 형성됨으로써 상기 손바닥부의 내 부에서 상기 손바닥면 영역의 부분보다도 넓게 형성된 공간에 상기 동력원이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 핸드 장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 손바닥 돌출부가 형성됨으로써 상기 손바닥부의 내부에서 상기 손바닥면 영역의 부분보다도 넓게 형성된 공간에, 상기 제어 유닛이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 핸드 장치.
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