KR20090041474A

KR20090041474A - 로봇손가락 및 이를 포함한 로봇손

Info

Publication number: KR20090041474A
Application number: KR1020070106983A
Authority: KR
Inventors: 김성근; 최기상; 김형태; 전혜영; 김익현; 안의영; 탁진성; 이건호; 박정은; 신동준; 박형근
Original assignee: 호서대학교 산학협력단
Priority date: 2007-10-24
Filing date: 2007-10-24
Publication date: 2009-04-29

Abstract

본 발명은 로봇손가락 및 로봇손에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 연동하는 각 관절의 베벨기어 메카니즘으로 인간의 자연스러운 손동작을 구현함으로써 의수에 적용되거나 휴머노이드 로봇의 로봇손가락 및 로봇손에 적용될 수 있는 로봇손가락 및 이를 포함한 로봇손에 관한 것이다. 본 발명에 따른 로봇손가락은 베이스, 구동베벨기어, 제1관절축, 제1마디, 1연결축, 제2관절축, 제2마디, 감속기어, 제2연결축, 제3관절축, 및 제3마디를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 로봇손은 손바닥부와, 상기 손바닥부에 설치되어 일반손가락으로서 기능하는 적어도 2개 이상의 제1항에 기재된 로봇손가락과, 상기 손바닥부에 설치되어 엄지손가락으로서 기능하는 제1항에 기재된 로봇손가락 및 상기 손바닥부에 내장되어 상기 복수개의 로봇손가락 각각의 구동베벨기어를 회전시키는 복수개의 제1모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

휴머노이드, 의수, 로봇손, 로봇핸드, 로봇손가락, 로봇핑거, 베벨기어

Description

로봇손가락 및 이를 포함한 로봇손{ROBOT FINGER AND ROBOT HAND HAVING THE SAME}

본 발명은 로봇손가락(Robot finger) 및 로봇손(Robot hand)에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 연동하는 각 관절의 베벨기어 메카니즘으로 인간의 자연스러운 손동작을 구현함으로써 의수(義手)에 적용되거나 휴머노이드 로봇(Humanoid robot)의 로봇손가락 및 로봇손에 적용될 수 있는 로봇손가락 및 이를 포함한 로봇손에 관한 것이다.

로봇손은 인간의 손을 대체하기 위한 것으로, 크게 산업용 로봇손과 인간의 손동작을 모방한 휴머노이드 로봇손으로 구분할 수 있다. 산업용 로봇손으로 물체를 파지하는데 주로 사용되는 집게 형상의 그립퍼(Gripper)와 각종 공구가 부착되어 소정의 작업을 수행하는 엔드-이펙터(End effecter) 등이 있다. 이러한 산업용 로봇손은 특정한 동작을 수행하는 데는 유용하지만, 인간의 손과 같이 상황에 따른 다양한 동작을 할 수 없을 뿐만 아니라 의수 등에 사용하는 경우 사람들의 거부감 이 크다는 단점이 있다.

휴머노이드 로봇손은 자연스러운 인간의 손동작을 모방한 것으로 의수 및 휴머노이드 로봇에 적용될 경우 사람들의 거부감이 적다. 휴머노이드 로봇손이 구비해야할 기본적인 동작으로는 손가락끝으로 물체를 집는 정밀파지(fingertip grasp), 손가락 및 손바닥 표면을 사용하여 물체를 강하게 움켜쥐는 강력파지(power grasp), 그리고 개별 손가락을 구부려 물체를 누르는 동작 등이 있다.

이러한 휴머노이드 로봇손에 관한 종래기술로 대한민국등록특허 제734,173호에 내부 모터 구동 형 15관절 로봇 손이 개시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 종래기술에 따른 로봇손은 엄지손가락(2)을 제외한 일반손가락(1)의 경우에는 제1마디(11), 제2마디(12) 및 제3마디(13)를 구비하고 있고, 각 마디가 시작되는 부분에는 베벨기어를 구비한 제1관절(21), 제2관절(22) 및 제3관절(23)을 구비하고 있다. 그리고, 베벨기어를 회전시켜 각 마디를 회전시키기 위한 모터(31,32,33)가 내장되어 있다.

엄지손가락(2)의 경우에는 제1마디(11') 및 제2마디(12')를 구비하고 있고, 각 마디가 시작되는 부분에는 베벨기어를 구비한 제1관절(21') 및 제2관절(22')을 구비하고 있다. 그리고, 베벨기어를 회전시켜 각 마디를 회전시키기 위한 모터(31',32')가 내장되어 있다.

그러나, 종래기술에 따른 로봇손은 일반손가락(1) 및 엄지손가락(2)을 구부리기 위해 각 마디들을 개별적으로 회전시키는 모터들이 다수 내장하게 되어 있어 손가락의 구조가 복잡하고 로봇손의 중량이 커진다는 문제점이 있다. 또한, 많은 수의 모터가 사용되어 제작비용이 많이 들게 되는 문제점이 있다.

또한, 엄지손가락(2)의 경우 관절수가 2개이고, 인간의 안장관절(Saddle joint)에 해당하는 관절이 없어 인간의 손동작과 유사한 동작을 구현하기 어렵다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래기술이 갖는 제반 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 하나의 모터로 3개의 관절을 연동시킴으로써 단순한 구조를 가지며 저렴한 비용으로 제조될 수 있는 로봇손가락을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 인간의 손동작과 유사한 동작을 효율적으로 수행하여 의수 및 휴머노이드 로봇에 적용될 수 있는 상기 로봇손가락을 포함한 로봇손을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 로봇손가락은 "ㄷ"형상의 베이스와; 상기 베이스의 내측으로 관통설치되어 모터에 의해 회전하는 구동베벨기어와; 양단이 상기 베이스의 양측벽에 고정설치되고, 상기 구동베벨기어의 양단측에 각각 맞물리는 제1동력전달베벨기어 및 제1마디회전베벨기어가 회전가능하게 구비되는 제1관절축과; 일단이 상기 제1관절축에 회전가능하게 연결되어 상기 제1마디회전베벨기어와 일체로 회전하는 제1마디와; 상기 제1마디에 회전가능하게 설치되고, 일단에 상기 제1동력전달베벨기어와 맞물리는 제1연결베벨기어와 타단에 제2연결베벨기어를 구비한 제1연결축과; 상기 제1마디의 타단에 고정설치되고, 상기 제2연결베벨기어의 양단측에 각각 맞물리는 제2동력전달베벨기어 및 제2마디회전베벨기어가 회전가능하게 구비되는 제2관절축과; 일단이 상기 제2관절축에 회전가능 하게 연결되어 상기 제2마디회전베벨기어와 일체로 회전하는 제2마디와; 상기 제2동력전달베벨기어에 연결되는 감속기어와; 상기 제2마디에 회전가능하게 설치되고, 일단에 상기 감속기어와 맞물리는 제4연결베벨기어와 타단에 제5연결베벨기어를 구비한 제2연결축과; 상기 제2마디의 타단에 고정설치되고, 상기 제5연결베벨기어와 맞물리는 제3마디회전베벨기어가 회전가능하게 구비되는 제3관절축; 및 일단이 상기 제3관절축에 회전가능하게 연결되고, 상기 제3마디회전베벨기어와 일체로 회전하는 제3마디;를 포함한다.

본 발명에 따른 로봇손은 손바닥부와; 상기 손바닥부에 설치되어 일반손가락으로서 기능하는 적어도 2개 이상의 제1항에 기재된 로봇손가락과; 상기 손바닥부에 설치되어 엄지손가락으로서 기능하는 제1항에 기재된 로봇손가락; 및 상기 손바닥부에 내장되어 상기 복수개의 로봇손가락 각각의 구동베벨기어를 회전시키는 복수개의 제1모터;를 포함한다. 이때, 상기 손바닥부에 내장되어 상기 제1모터를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 로봇손에 있어서, 상기 엄지손가락으로서 기능하는 로봇손가락은 상기 베이스에 형성되는 베이스회전축과, 상기 손바닥부에 내장되어 상기 베이스회전축을 회전시키는 제2모터를 더 구비하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 베이스회전축은 상기 베이스회전축의 말단에서 수직으로 연장되는 크라운기어와, 상기 크라운기어와 맞물리되 상기 제2모터에 의해 회전하는 평기어에 의해 회전하는 것이 더욱 바람직하다. 나아가, 상기 손바닥부에 내장되어 상기 제1모터 및 제2모터를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 로봇손에 있어서, 상기 일반손가락으로서 기능하는 로봇손가락의 상기 베벨기어들 및 감속기어는 제1마디, 제2마디 및 제3마디의 회전비가 대략 1:2:2.7이 되도록 구성되고, 상기 엄지손가락으로서 기능하는 로봇손가락의 상기 베벨기어들 및 감속기어는 제1마디, 제2마디 및 제3마디의 회전비가 대략 1:1:1이 되도록 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 로봇손가락은 하나의 모터로 베벨기어가 구비된 3개의 관절을 연동시킬 수 있어 손가락구조가 단순해지고 제조비용을 낮출 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 상기 로봇손가락을 포함한 로봇손은 베벨기어 및 평기어로 이루어지는 비교적 단순한 메카니즘으로 인간의 손동작과 유사한 동작을 효율적으로 수행할 수 있는 이점이 있다.

상기 본 발명의 목적과 이를 달성하는 본 발명의 구성과 작용 및 효과는 첨부한 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 이하의 상세한 설명에 의해서 좀 더 명확히 이해될 수 있을 것이다.

먼저, 본 발명에 따른 로봇손가락을 살펴보기로 한다. 도 2a는 본 발명의 일시예에 따른 일반손가락의 주요구성을 나타내는 사시도이고, 도 2b은 도 2a의 일반손가락의 작동을 설명하기 위한 사시도이다. 본 발명에 따른 로봇손가락은 인간의 엄지손가락 및 엄지손가락을 제외한 일반손가락을 구현하기 위한 것으로, 의수나 휴머노이드 로봇손의 엄지손가락 및 일반손가락에 사용될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 도 2의 일반손가락을 나타내는 도면으로 본 발명에 따른 로봇손을 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 로봇손가락은 도 2a에 도시된 바와 같이 베이스(110)와, 3개의 마디들(120,130,140)과, 각 마디의 일단에 설치되는 3개의 관절축들(150,160,170)과, 제1연결축(180), 감속기어(196), 제2연결축(190) 등을 포함하여 구성된다.

베이스(110)는 양측벽을 가진 "ㄷ"자 형상의 구조물로서 로봇손의 손바닥부에 고정설치되는 부분이다. 베이스(110)는 본 발명의 로봇손가락을 모듈화하기 위한 것이나, 로봇손의 손바닥부 자체가 베이스(110)가 되는 것도 가능하다.

구동베벨기어(112)는 "ㄷ"자 형상을 가진 베이스(110)의 내측으로 관통되어 설치되고, 모터(미도시)에 의해 회전하게 된다.

제1관절축(150)은 양단이 베이스(110)의 양측벽에 고정설치된다. 제1관절축(150)에는 구동베벨기어(112)의 양단측에 각각 맞물리는 제1동력전달베벨기어(152)와 제1마디회전베벨기어(154)가 회전가능하게 설치된다. 따라서 구동베벨기어(112)가 회전함에 따라 제1동력전달베벨기어(152)와 제1마디회전베벨기어(154)는 서로 반대방향으로 회전하게 된다.

제1마디(120)는 일단이 제1관절축(150)에 회전가능하게 연결된다. 이때 제1마디(120)는 상기 제1마디회전베벨기어(154)에 구속되어 제1마디회전베벨기어와 함께 일체로 회전하게 된다.

제1연결축(180)은 제1마디(120)에 회전가능하게 설치된다. 즉, 도 2a에 도시된 바와 같이 제1연결축(180)은 제1마디(120)에 형성된 제1벽체(122)에 관통설치되는 것이 바람직하다. 제1연결축(180)은 일단에 제1동력전달베벨기어(152)와 맞물리는 제1연결베벨기어(182)를 구비하고, 타단에 제2연결베벨기어(184)를 구비하고 있다.

제2관절축(160)은 제1마디(120)의 타단에 고정설치된다. 제2관절축(160)에는 제2연결베벨기어(184)의 양단측에 각각 맞물리는 제2동력전달베벨기어(162)와 제2마디회전베벨기어(164)가 회전가능하게 설치된다. 따라서, 제2연결베벨기어(184)가 회전함에 따라 제2동력전달베벨기어(162)와 제2마디회전베벨기어(164)는 서로 반대방향으로 회전하게 된다.

제2마디(130)는 일단이 제2관절축(160)에 회전가능하게 연결된다. 이때 제2마디(130)는 제2마디회전베벨기어(164)에 구속되어 제2마디회전베벨기어와 함께 일체로 회전하게 된다.

감속기어(196)는 제2동력전달베벨기어(162)에 연결되어 제2동력전달베벨기어(162)의 회전속도를 감속시키게 된다. 즉, 제2연결베벨기어(184)가 회전함에 따라 제2동력전달베벨기어(162)와 제2마디회전베벨기어(164)가 서로 반대방향으로 회전하게 되는데 이때 제2동력전달베벨기어(162)의 회전속도가 누적되는 현상이 발생 하게 되어 누적된 회전속도를 감속시키기 위한 것이다. 회전속도 누적현상에 대한 자세한 설명은 뒤에서 설명하기로 한다.

발명의 일실시예에 의하면 감속기어(196)는 제1평기어(196a), 제2평기어(196b), 제3평기어(196c), 제3연결베벨기어(196d)로 구성된다. 제1평기어(196a)는 제2동력전달베벨기어(162)에 구속되어 제2관절축(160)에서 일체로 회전가능하게 설치된다. 제2평기어(196b)는 제1평기어(196a)와 맞물리고, 제2관절축(160)과 평행하게 제2마디(130)에 고정설치된 제1회전축(197)에 회전가능하게 설치된다. 제3평기어(196c) 및 제3연결베벨기어(196d)는 서로 구속되어 제2관절축(160)과 평행하게 고정설치된 제2회전축(198)에 일체로 회전가능하게 설치된다. 이때 제2평기어(196b)는 제3평기어(196c)와 맞물리게 되고, 제1평기어(196a)와 제3평기어(196c)의 기어비를 선택함으로써 제2동력전달베벨기어(162)와 제3연결베벨기어(196d)의 감속비를 결정할 수 있다.

제2연결축(190)은 제2마디(130)에 회전가능하게 설치된다. 즉, 도 2a에 도시된 바와 같이 제2연결축(190)은 제2마디(130)에 형성된 제2벽체(132)에 관통설치되는 것이 바람직하다. 제2연결축(190)은 일단에 제3연결베벨기어(196d)와 맞물리는 제4연결베벨기어(192)를 구비하고, 타단에 제5연결베벨기어(194)를 구비하고 있다.

제3관절축(170)은 제2마디(130)의 타단에 고정설치된다. 제3관절축(170)에는 제4연결베벨기어(194)와 맞물리는 제3마디회전베벨기어(172)가 회전가능하게 설치된다.

제3마디(140)는 일단이 제3관절축(170)에 회전가능하게 연결된다. 이때 제3마디(140)는 제3마디회전베벨기어(172)에 구속되어 제3마디회전베벨기어와 함께 일체로 회전하게 된다. 제3마디(140)는 로봇손가락의 손끝부분에 해당하므로 도 2a에 도시된 바와 같이 물체를 파지하기 용이한 형상을 가지는 것이 바람직하다.

이하, 도 2b를 참고하여 본 발명에 따른 로봇손가락의 동작을 살펴보기로 한다. 도 2b에 도시된 화살표들은 기어들의 회전방향을 나타낸다.

구동베벨기어(112)는 모터(미도시)에 의해 회전한다. 구동베벨기어(112)가 회전함에 따라 제1관절축(150) 상에 설치된 제1동력전달베벨기어(152)와 제1마디회전베벨기어(154)가 서로 반대방향으로 회전하게 된다. 이때, 제1마디회전베벨기어(154)는 제1관절축(150)에 회전가능하게 설치된 제1마디(120)의 일단에 구속되어 있어 제1마디(120)는 제1마디회전베벨기어(154)와 일체로 회전하게 된다. 또한, 제1동력전달베벨기어(152)는 제1연결축(180)의 일단에 구비된 제1연결베벨기어(184)와 맞물려 있어서 제1연결축(180)이 회전하게 된다.

제1연결축(180)의 제2연결베벨기어(184)가 회전함에 따라 제2관절축(160) 상에 설치된 제2동력전달베벨기어(162)와 제2마디회전베벨기어(164)가 서로 반대방향으로 회전하게 된다. 이때, 제2마디회전베벨기어(164)는 제2관절축(160)에 회전가능하게 설치된 제2마디(130)의 일단에 구속되어 있어 제2마디(130)는 제2마디회전베벨기어(164)와 일체로 회전하게 된다. 이때, 제2동력전달베벨기어(162)의 회전속도가 누적되는 현상이 발생하게 된다.

이러한 회전속도 누적현상을 도 2b를 참고하여 설명한다. 먼저, 제2마디회전베벨기어(164)와 제2동력전달베벨기어(162)의 기어비가 동일하다고 가정한다. 만약, 제2연결베벨기어(184)가 회전함에 따라 제2마디회전베벨기어(164)가 도 2b에 도시된 화살표와 같이 10도 회전한다면 제2동력전달베벨기어(162)는 반대방향으로 10도 회전하게 된다. 제2마디회전베벨기어(164)가 10도 회전하게 되므로 제2마디(130)는 제1마디(120)를 기준으로 10도 회전하게 된다. 이때, 제2동력전달베벨기어(162)는 제2마디회전베벨기어(164)의 회전방향과 반대방향으로 10도 회전하게 되지만, 제2마디(130)를 기준으로 보면 20도 회전하게 되는 것이다. 즉, 제2마디(130)는 제1마디(120)에 비해 2배 회전하게 되는 것이다. 이렇게 제2마디(130)의 회전속도가 누적되면 본 발명이 목적으로 하는 인간의 손과 유사한 동작을 하기 어렵기 때문에 제2동력전달베벨기어(162)의 회전속도를 감속할 필요가 있는 것이다.

즉, 본 발명의 일실시예에 따른 로봇손가락은 도 2b에 도시된 바와 같이 제1평기어(196a), 제2평기어(196b), 제3평기어(196c) 및 제3연결베벨기어(196d)로 이루어진 감속기어(196)를 두고 있다. 제1평기어(196a)는 제2동력전달베벨기어(162)에 구속되어 일체로 회전한다. 이때, 감속비는 제1평기어(196a)와 제3평기어(196c)의 기어비로 조정가능하고, 제2평기어(196b)로 인해 제3평기어(196c)의 회전방향은 제1평기어(196a)의 회전방향과 동일하다. 제3연결베벨기어(196d)는 감속된 제3평기어(196c)와 일체로 회전하고, 제2연결축(190)의 제4연결베벨기어(192)를 회전시키게 된다.

또한, 제2연결축의 제5연결베벨기어(194)는 제4연결베벨기어(192)와 함께 회전하게 되고, 제5연결베벨기어(194)가 회전함에 따라 제3관절축(170) 상에 설치된 제3마디회전베벨기어(172)가 회전하게 된다. 이때, 제3마디회전베벨기어(172)는 제3마디(140)의 일단에 구속되어 있어 제3마디(140)는 제3마디회전베벨기어(172)와 일체로 회전하게 된다.

결국, 본 발명에 따른 로봇손가락은 구동베벨기어(112)를 회전시키는 하나의 모터(미도시)에 의해 제1마디(120), 제2마디(130) 및 제3마디(140)를 회전시켜 손가락의 굽힘동작을 수행할 수 있는 것이다. 따라서, 각 마디들을 개별적으로 구동시키는 모터를 다수개 구비하는 것과 비교할 때 손가락구조가 단순화되고, 로봇손가락의 제조비용을 낮출 수 있다.

다음으로, 도 4 내지 도 6을 참고하여 전술된 로봇손가락을 포함하는 로봇손에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 로봇손은 손바닥부(300), 일반손가락의 기능을 하는 로봇손가락(100), 엄지손가락의 기능을 하는 로봇손가락(200) 및 제1모터(400)를 포함하여 구성된다. 이하, 일반손가락의 기능을 하는 로봇손가락 및 엄지손가락의 기능을 하는 로봇손가락은 각각 일반손가락(100) 및 엄지손가락(200)으로 설명한다. 이때 본 일시예에서는 도 2a의 일반손가락(100)과 도 4의 엄지손가락(200)은 각 손가락의 특성상 각 마디부의 형상이 다르게 도시되어 있으나, 양 손가락은 손가락을 굽히기 위한 구조는 전체적으로 동일하다.

본 발명의 일실시예에 따르면 손바닥부(300)는 도 4에 도시된 바와 같이 전체적으로 직육면체의 형상을 가지고 있다. 그리고 적어도 2개 이상의 일반손가락(100) 및 하나의 엄지손가락(200)이 설치되고, 제1모터(400) 및 제2모터(500)가 수용되기 위한 구조를 가지고 있다.

일반손가락(100)은 전술된 로봇손가락으로서 적어도 2개 이상이 손바닥부(300)에 고정설치된다. 일실시예에 따른 일반손가락(100)은 도 2a에 자세하게 도시되어 있다. 일반손가락(100)은 도 4에 도시된 바와 같이 적어도 2개 이상의 일반손가락(100)이 대략 평행을 이룬 상태에서 손바닥부(300)의 일단면에 베이스(110)가 고정되는 구조를 가진다. 본 발명의 일시예에서는 일반손가락(100)이 3개인 경우를 나타내고 있지만, 인간의 일반손가락과 같이 4개인 경우도 가능하고, 2개 또는 5개 이상인 경우도 가능하다. 이때, 각각의 일반손가락(100)은 인간의 손동작과 같이 손가락끝으로 물체를 집는 정밀파지, 손가락 및 손바닥 표면을 사용하여 물체를 강하게 움켜쥐는 강력파지 등을 용이하게 구현할 수 있도록 각 마디(120,130,140)의 길이비를 적절히 선택할 수 있다.

엄지손가락(200)은 전술된 로봇손가락으로서 일반손가락(100)들이 설치되는 방향과 대략 90도를 이루도록 베이스(210)가 손바닥부(300)에 설치된다. 이때 엄지손가락(200)의 베이스(210)는 인간의 엄지손가락 안장관절(Saddle joint)의 움직임을 구현하기 위한 추가적인 구성을 가진다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이 베이스(210)에 형성된 베이스회전축(214)을 구비하고 있다. 이때, 베이스회전축(210)은 구동베벨기어(212)가 관통삽입되기 위한 중공을 가지고 있다. 또한, 베이스회 전축(210)의 말단에서 베이스회전축의 수직방향으로 연장되는 크라운기어(216)가 형성된다. 따라서 엄지손가락(200)은 베이스회전축(210)이 손바닥부(300)에 회전가능하게 설치되고, 제2모터(500)에 의해 회전하는 평기어(미도시)가 크라운기어(216)를 베이스회전축(210)을 중심으로 회전시켜 인간의 안장관절과 같은 움직임을 구현할 수 있게 된다.

제1모터(400)는 손바닥부(300)에 내장되어 적어도 2개 이상의 일반손가락(100) 및 엄지손가락(200)에 구비된 각각의 구동베벨기어(112)를 회전시켜 각각의 일반손가락(100) 및 엄지손가락(200)을 굽히게 된다. 이때, 제1모터(400)는 응답속도가 빠르고 정확한 제어가 가능한 서보모터인 것이 바람직하다.

제2모터(500)는 엄지손가락(200)을 베이스회전축(210)을 중심으로 회전시키기 위한 모터이다. 엄지손가락(200)의 굽힘동작을 위한 제1모터(400)가 손바닥부(300)에 내장되기 때문에 제2모터(500)는 도 4에 도시된 바와 같이 엄지손가락(200)과 수직을 이루도록 손바닥부(300)에 내장되고, 평기어(미도시)를 회전시켜 베이스회전축(210) 말단에 형성된 크라운기어(216)를 회전시키게 된다. 제2모터(500)는 제1모터와 같이 응답속도가 빠르고 정확한 제어가 가능한 서보모터를 사용하는 것이 바람직하다.

제어부(미도시)는 손바닥부 내장되어 제1모터(400) 및 제2모터(500)을 제어한다. 제어부는 로봇손이 인간의 손동작과 유사한 동작을 수행하도록 구성된다. 즉, 각 손가락을 개별적으로 구부리는 동작 및 전체 손가락을 동시에 구부려 물체를 파지하는 동작 등을 구현할 수 있다. 제어부(미도시)는 로봇손의 외부에 설치 되는 것도 가능하고, 외부에서 원격조정방식으로 제어하는 것도 가능하다.

한편, 본 발명에 따른 로봇손은 인간의 손동작과 유사한 동작을 구현하기 위하여 일반손가락(100)의 제1마디(120), 제2마디(130) 및 제3마디(140)의 회전비가 대략 1:2:2.7이 되도록 구성되고, 엄지손가락(200)의 제1마디(220), 제2마디(230) 및 제3마디(240)의 회전비가 대략 1:1:1이 되도록 구성하는 것이 바람직하다. 이러한 비율은 인간의 손이 물체를 정밀파지하거나 강력파지할 때 각 마디의 회전비를 나타낸다. 따라서, 로봇손은 인간의 손과 유사하게 정밀파지 및 강력파지 등을 할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서 일반손가락(100)의 경우 도 2a에 도시된 바와 같이 구동베벨기어(112), 제1동력전달베벨기어(152), 제1마디회전베벨기어(154), 제2동력전달베벨기어(162), 제2마디회전베벨기어(164), 제3연결베벨기어(196d), 제4연결베벨기어(192), 제5연결베벨기어(194) 및 제3마디회전베벨기어(172)의 기어비를 동일하게 사용하였다. 그리고, 제1연결축의 제1연결베벨기어(182) 및 제2연결베벨기어(184)는 전술된 베벨기어와의 기어비를 2:3으로 구성하였다. 또한, 감속기어(196)는 제1평기어(196a)와 제3평기어(196c)의 기어비를 2:3로 하여 제2동력전달베벨기어(162)의 회전속도를 1/2로 감속시킨다. 이러한 구성을 통하여 도 6a에 도시된 바와 같이 베이스(110)에 대한 제1마디(120)의 회전각α와, 제1마디(120)에 대한 제2마디(130)의 회전각β 및 제2마디(130)에 대한 제3마디(140)의 회전각γ의 비가 1:2:2.7이 된다. 이러한 비율은 인간의 손과 유사한 동작을 구현하기 위한 본 발명의 목적에 의하여 그 비율을 달리할 수 있다. 또한, 베벨기어들의 기어비 및 감속기어의 감속비를 본 발명의 범위 내에서 달리 구성하는 것도 가능하다.

또한, 본 발명의 일실시예에서 엄지손가락(200)의 경우 도 3에 도시된 바와 같이 구동베벨기어(212), 제1동력전달베벨기어(252), 제1마디회전베벨기어(254), 제2동력전달베벨기어(262), 제2마디회전베벨기어(264), 제3연결베벨기어(296d), 제4연결베벨기어(292), 제5연결베벨기어(294) 및 제3마디회전베벨기어(272)의 기어비를 동일하게 사용하였다. 그리고, 제1연결축의 제1연결베벨기어(282) 및 제2연결베벨기어(284)는 전술된 베벨기어와의 기어비를 1:2로 구성하였다. 또한, 감속기어(296)는 제1평기어(296a)와 제3평기어(296c)의 기어비를 1:2로 하여 제2동력전달베벨기어(262)의 회전속도를 1/2로 감속시킨다. 이러한 구성을 통하여 도 6b에 도시된 바와 같이 베이스(210)에 대한 제1마디(220)의 회전각α'와, 제1마디(220)에 대한 제2마디(230)의 회전각β' 및 제2마디(230)에 대한 제3마디(240)의 회전각γ'의 비가 1:1:1이 된다. 이러한 비율은 인간의 손과 유사한 동작을 구현하기 위한 본 발명의 목적에 의하여 그 비율을 달리할 수 있다. 또한, 베벨기어들의 기어비 및 감속기어의 감속비를 달리 구성하는 것도 가능하다. 도 6b에 도시된 화살표는 제2모터에 의해 베이스회전축을 중심으로 엄지손가락이 회전한다는 것을 도시하고 있다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자 는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

도 1은 종래기술에 따른 로봇손의 개략적인 구성을 나타내는 도면,

도 2a는 본 발명의 일시예에 따른 일반손가락의 주요구성을 나타내는 사시도,

도 2b은 도 2a의 일반손가락의 작동을 설명하기 위한 사시도,

도 3는 본 발명의 일실시예에 따른 엄지손가락의 주요구성을 나타내는 사시도,

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 로봇손의 주요구성을 나타내는 사시도,

도 5은 본 발명의 일실시예에 따른 로봇손의 작동을 설명하기 위한 사시도,

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 로봇손에 있어서 일반손가락 및 엄지손가락의 각 마디들의 회전비를 설명하기 위한 설명도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 일반손가락 110 : 베이스

112 : 구동베벨기어 120 : 제1마디

130 : 제2마디 140 : 제3마디

150 : 제1관절축 152 : 제1동력전달베벨기어

154 : 제1마디회전베벨기어 160 : 제2관절축

162 : 제2동력전달베벨기어 164 : 제2마디회전베벨기어

170 : 제3관절축 172 : 제3마디회전베벨기어

180 : 제1연결축 182 : 제1연결베벨기어

184 : 제2연결베벨기어 190 : 제2연결축

192 : 제4연결베벨기어 194 : 제5연결베벨기어

196 : 감속기어 200 : 엄지손가락

214 : 베이스회전축 216 : 크라운기어

300 : 손바닥부 400 : 제1모터

500 : 제2모터

Claims

"ㄷ"형상의 베이스;

상기 베이스의 내측으로 관통설치되어 모터에 의해 회전하는 구동베벨기어;

양단이 상기 베이스의 양측벽에 고정설치되고, 상기 구동베벨기어의 양단측에 각각 맞물리는 제1동력전달베벨기어 및 제1마디회전베벨기어가 회전가능하게 구비되는 제1관절축;

일단이 상기 제1관절축에 회전가능하게 연결되어 상기 제1마디회전베벨기어와 일체로 회전하는 제1마디;

상기 제1마디에 회전가능하게 설치되고, 일단에 상기 제1동력전달베벨기어와 맞물리는 제1연결베벨기어와 타단에 제2연결베벨기어를 구비한 제1연결축;

상기 제1마디의 타단에 고정설치되고, 상기 제2연결베벨기어의 양단측에 각각 맞물리는 제2동력전달베벨기어 및 제2마디회전베벨기어가 회전가능하게 구비되는 제2관절축;

일단이 상기 제2관절축에 회전가능하게 연결되어 상기 제2마디회전베벨기어와 일체로 회전하는 제2마디;

상기 제2동력전달베벨기어에 연결되는 감속기어;

상기 제2마디에 회전가능하게 설치되고, 일단에 상기 감속기어와 맞물리는 제4연결베벨기어와 타단에 제5연결베벨기어를 구비한 제2연결축;

상기 제2마디의 타단에 고정설치되고, 상기 제5연결베벨기어와 맞물리는 제3 마디회전베벨기어가 회전가능하게 구비되는 제3관절축; 및

일단이 상기 제3관절축에 회전가능하게 연결되고, 상기 제3마디회전베벨기어와 일체로 회전하는 제3마디;를 포함하는 로봇손가락.
손바닥부;

상기 손바닥부에 설치되어 일반손가락으로서 기능하는 적어도 2개 이상의 제1항에 기재된 로봇손가락;

상기 손바닥부에 설치되어 엄지손가락으로서 기능하는 제1항에 기재된 로봇손가락; 및

상기 손바닥부에 내장되어 상기 복수개의 로봇손가락 각각의 구동베벨기어를 회전시키는 복수개의 제1모터;를 포함하는 로봇손.
제2항에 있어서,

상기 손바닥부에 내장되어 상기 제1모터를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇손.
제2항에 있어서,

상기 엄지손가락으로서 기능하는 로봇손가락은 상기 베이스에 형성되는 베이스회전축과,

상기 손바닥부에 내장되어 상기 베이스회전축을 회전시키는 제2모터를 더 구 비하는 것을 특징으로 하는 로봇손.
제4항에 있어서,

상기 베이스회전축은 상기 베이스회전축의 말단에서 수직으로 연장되는 크라운기어와, 상기 크라운기어와 맞물리되 상기 제2모터에 의해 회전하는 평기어에 의해 회전하는 것을 특징으로 하는 로봇손.
제4항에 있어서,

상기 손바닥부에 내장되어 상기 제1모터 및 제2모터를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇손.
상기 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 일반손가락으로서 기능하는 로봇손가락의 상기 베벨기어들 및 감속기어는 제1마디, 제2마디 및 제3마디의 회전비가 대략 1:2:2.7이 되도록 구성되고,

상기 엄지손가락으로서 기능하는 로봇손가락의 상기 베벨기어들 및 감속기어는 제1마디, 제2마디 및 제3마디의 회전비가 대략 1:1:1이 되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 로봇손.