KR20110001125A - 와이어 구동식 핸드로봇 핑거장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 최소한의 모터를 사용하여 핸드로봇 핑거장치의 손목의 관절을 작동시키기 용이하게 실현하며 크기를 최소화하여 경제성을 향상시키고 구동제어를 용이화한 와이어 구동식 핸드로봇 핑거장치에 대한 것으로서, 자유단부와 제1 링크에 결합된 단부를 가지며 양 측판으로 구성된 제1 관절부, 상기 제1 관절부의 제1 링크와 대향하는 제2 링크 사이로 연장하는 양 측판들에 의해 일체로 작동하도록 이루어진 제2 관절부, 상기 제2 관절부의 제2 링크에 대향하여 위치되는 제3 링크 사이로 연장하는 양 측판들에 의하여 일체로 작동하도록 이루어진 제3 관절부, 및 제2 관절부 및 제3 관절부를 각각 신축운동시키기 위한 구동 모터를 구비하며, 상기 제1 관절부의 링크와 제2 관절부의 링크는 서로 연계 작동하도록 구속수단에 의하여 연결되며, 상기 제2 관절부의 링크와 제2 구동모터의 회전축 사이에는 제2 관절부 작동용 와이어가 장착되고, 상기 제3 관절부의 링크와 상기 제1 구동모터의 회전축 사이에는 제3 관절부 작동용 와이어가 장착되는 것을 특징으로 ㅎ하는 와이어 구동식 핸드로봇 핑거장치를 제공한다.

핸드 로봇, 핑거장치, 관절부, 고무링, 구동모터, 회전축

Description

와이어 구동식 핸드로봇 핑거장치{Wire driving type Figner Device of a Hand Robot}

본 발명은 와이어 구동식 핸드로봇 핑거장치에 대한 것으로서, 최소한의 모터를 사용하여 핸드로봇 핑거장치의 손목의 관절을 작동시키기 용이하게 실현하며 크기를 최소화하여 경제성을 향상시키고 구동제어를 용이화한 와이어 구동식 핸드로봇 핑거장치에 대한 것이다.

종래 널리 사용되는 핸드 로봇을 구성하는 각 핑거장치의 경우, 각각의 핑거를 구성하는 3개의 관절이 모두 모터 구동식으로서 모터를 통하여 관절을 구동함으로서 핑거를 구동하도록 핸드 로봇이 구성되거나, 각각의 핑거에 링크를 연결하여 공압식으로 구동하는 방식을 취하고 있었다.

그러나 모터 구동식 핑거장치의 경우 각 관절마다 모터를 사용함에 따라 전체 핸드로봇의 크기가 커져서 무게 증가로 인해 핸드 로봇의 손목, 팔 등 아암부를 구성하는 데 작동상 문제가 발생하였으며, 공압식 구동 핸드 로봇의 경우, 공기 공급을 위한 연결 라인이 핸드 로봇의 손목을 지나는 바 손목 관절을 구현하는 데 방해 요소로 작용하는 문제가 존재하므로 핸드 로봇이나 로봇 아암을 구현함에 한계 가 있었다. 특히, 지능형 서비스 로봇 중에서 가사형 자율 로봇의 경우, 로봇의 핑거장치를 통해 미세한 동작을 구현하고 이에 따른 물건 집기, 던지기 등의 여러 행위를 실현할 수 있으나 상기와 같은 기술적 한계에 의하여 로봇 핸드에 적용하기 어려운 문제가 존재하였다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 실제 사람의 손이 움직이는 동작을 분석하여 각 손가락 관절이 서로 구속되어 움직이는 것을 파악하고 이에 따라 하나의 손가락의 움직임에 필요한 각 관절 사이의 구속성을 기계적 요소로서 구현하기 위하여 이루어진 것으로서, 최소한의 모터를 사용하여 손목의 관절을 작동시키기 용이하게 실현하며 크기를 최소화하여 경제성을 향상시키고 구동제어를 용이화한 와이어 구동식 핸드로봇 핑거장치를 제공함을 발명의 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 사람의 손 동작을 구현해내기 위한 핸드로봇의 핑거장치로서, 자유단부와 제1 링크에 결합된 단부를 가지며 양 측판으로 구성된 제1 관절부, 상기 제1 관절부의 제1 링크와 대향하는 제2 링크 사이로 연장하는 양 측판들에 의해 일체로 작동하도록 이루어진 제2 관절부, 상기 제2 관절부의 제2 링크에 대향하여 위치되는 제3 링크 사이로 연장하는 양 측판들에 의하여 일체로 작동하도록 이루어진 제3 관절부, 및 제2 관절부 및 제3 관절부를 각각 신축운동시키기 위한 구동 모터를 구비하며, 상기 제1 관절부의 링크와 제2 관절부의 링크는 서로 연계 작동하도록 구속수단에 의하여 연결되며, 상기 제2 관절부의 링크와 제2 구동모터의 회전축 사이에는 제2 관절부 작동용 와이어가 장착 되고, 상기 제3 관절부의 링크와 상기 제1 구동모터의 회전축 사이에는 제3 관절부 작동용 와이어가 장착되는 것을 특징으로 하는 와이어 구동식 핸드로봇 핑거장치를 제공한다.

상기와 같이 이루어진 본 발명에 의하면 핸드로봇의 핑거장치에서 와이어를 통해 구동함으로써 최소한의 모터를 사용하여 구성함으로써 핸드 로봇의 핑거장치의 손목 관절을 작동시키는 것이 더욱 용이해지며, 크기를 최소화하여 경제성을 향상시키고 구동제어를 용이하게 할 수 있다.

또한, 핸드로봇의 핑거장치를 구성하는 각 관절부들은 상호 구속되거나 구동에 영향을 받지 않게 된다.

이하에서는 첨부의 본 발명의 양호한 실시예를 도시한 첨부 도면들을 참고하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

도 1 도시와 같이, 본 발명의 핸드로봇의 핑거장치는 제1 관절부(10)와 제2 관절부(20), 및 제3 관절부(30)로 구성되어 있다.

또한 제1 관절부(10)는 도 2 도시와 같이, 제2 관절부(20)와 링크(11)를 통해 결합되는 한 쌍의 서로 대향하는 동일한 형태를 가지는 제1 측판들(12a, 12b)을 고정단부에서 고정핀(13)으로 제1 링크(11)에 고정하여 구성되는 데, 제2 관절부(20)를 구성하는 한 쌍의 동일한 형태의 제2 측판들(22a, 22b)이 링크(11)의 축 을 중심으로 외측에 장착되고 제1 측판들(12a, 12b)이 내측에 결합되도록 장착된다. 이와 같이 한 쌍의 제1 측판들(12a, 12b)은 각각 자유단부와 고정단부를 가진다. 이로써 제1 관절부(10)는 제1 링크(11)를 중심으로 회동가능하게 제2 관절부(20)와 결합한다.

한편, 제1 관절부(10)와 제1 링크(11)를 통해 결합하는 제2 관절부(20)는 제1 링크(11)에 고정핀(13)을 통해 일 단부에서 결합되고 타 단부에서는 고정핀(23)을 통해 한 쌍의 제2 링크(21a, 21b)에 장착되는 동일한 형상의 대향하는 한 쌍의 제2 측판들(22a, 22b)과, 제3 관절부(30)의 제3 측판들(32)의 일 단부들이 결합되는 제2 링크들(21)로 구성되며, 제1 관절부(10)의 제1 링크(11)와 제2 관절부(20)의 제2 링크(21a)가 서로 연계되어 구동되도록 링크 둘레로 고무 링과 같이 신축성을 가질 수 있는 제1 탄성 수단(24)을 "X" 자 형상으로 장착시키는 데, 제2 링크(21b)와의 사이에 제1 탄성 수단을 설치하여도 된다.

또한, 본 발명을 구성하는 제3 관절부(30)는 도 3 도시와 같이, 제2 관절부(20)의 제1 링크(21a)와 제2 링크(21b) 사이에 배치된 중앙 측판(32a)과, 외측으로 제2 관절부(20)의 제2 측판들(22a, 22b)과 접하도록 동일한 형상으로 대향하도록 배치된 한 쌍의 제3 측판들(32b, 32c), 및 이들 측판들의 자유 단부들을 일체로 결합시키는 한 쌍의 제3 링크들(31a, 31b), 및 제3 측판들(32a, 32b, 32c)을 일체로 결합시키는 고정핀(34)과 한 쌍의 제3 링크들(31a, 31b)을 핸드 로봇의 핑거 고정부와 결합시키는 고정핀(35)으로 구성된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 핸드 로봇의 핑거장치의 특징적인 구성으로 서 도 4 도시와 같이 본 발명에서는 제3 관절부 구동용 와이어(40a)와 제 2 관절부 구동용 와이어(40b)를 장착하는 데, 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

하나의 제2 관절부 구동용 와이어(40b)는 제3 관절부(30)의 일 단부를 구성하는 하나의 제3 링크(31b)의 위를 연장하여 제2 관절부(20)를 구성하는 제2 링크(21b)에 일 단부가 장착되고 핸드 로봇의 도시없는 아암부 측에 장착된 한 쌍의 구동모터(50a, 50b) 중의 제2 구동모터(50b)의 회전축(51b)에 타 단부가 장착되도록 구성되며, 제3 관절부 구동용 와이어(40a)는 제1 구동모터(50a)의 회전축(51a)에 일 단부가 장착되고 타 단부는 제3 관절부(30)의 제3 링크(31a)에 장착되도록 구성된다. 이로써 제1 관절부(10), 제2 관절부(20), 및 제3 관절부(30)는 상호 구속되거나 구동에 영향을 받지 않게 된다.

도 4 도시와 같이 본 발명에서 제3 관절부 구동용 와이어(40a)는 제3 관절부(30)의 제3 링크(31a)에 일 단부가 걸리고 타단부는 제1 구동모터(50a)의 회전축(51a)에 걸려 폐곡선을 형성하도록 구성되며, 제2 관절부 구동용 와이어(40b)는 일 단부가 제2 관절부(20)의 제2 링크(21b)에 걸리고 타 단부는 제2 구동모터(50b)의 회전축(51b)에 걸려 폐곡선을 형성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 바, 이로써 제1 관절부(10), 제2 관절부(20), 및 제3 관절부(30)는 상호 구속되거나 구동에 영향을 받지 않게 된다.

이하에서는 상기와 같이 구성된 본 발명의 와이어 구동식 핸드로봇의 핑거장치의 작동을 설명하면 다음과 같다.

도 1 도시 핸드로봇의 핑거장치의 작동을 참고로 설명한다.

도시없는 제어부에서 제1 구동모터(50a)를 정회전 또는 역회전하도록 지령을 보내면 정회전시에는 제3 관절부(30)의 제3 링크(31a)에 일 단부가 장착된 제3 관절부 구동용 와이어(40a)가 당겨져서 핸드로봇 핑거장치의 손바닥면으로 핑거들이 구부러지는 동작을 수행하며 역회전시에는 제3 관절부(30)의 제3링크(31a)에 장착된 와이어(40a)가 역방향으로 당겨져서 핸드로봇 핑거장치의 핑거들이 손바닥 역방향으로 펴지도록 작동하는 것이다.

한편, 도시없는 제어부에서 제2 구동모터(50b)를 정회전 또는 역회전시키기 위한 지령이 발생되어 제2 구동모터(50b)가 정회전하면 제2 관절부(20)의 제2 링크(21b)에 걸려 장착된 구동용 와이어(40b)가 당겨져서 핸드로봇 핑거장치의 손바닥면으로 핑거들이 구부러지도록 작동하며, 역회전시에는 제2 관절부920)의 제2 링크(21b)와 연결된 와이어(40b)가 역 방향으로 당겨져서 핑거장치가 손바닥면 역방향으로 펴지도록 작동한다.

이와 같이 본 발명에서는 제2 구동모터(50b)를 정회전 또는 역회전 동작에 따라 제2 관절부(20)가 굽혀지거나 펴지도록 작동되고 제2 관절부(20)의 제2 링크(21a)의 동작에 따라 제2 링크(21a)에 장착된 고무링(23)을 통해 구속된 제1 관절부(10)의 제1 링크(11)가 동시에 작동되어 제2 관절부(20)의 운동 방향과 동일한 방향으로 제1 관절부(10)가 운동함으로써 소정의 목적으로 달성하도록 구성된 점을 특징으로 하는 것이다.

도한, 본 발명에서는 링크(11, 21, 31)에는 탄성수단인 고무링(24)이나 와이어의 탈락을 방지할 수 있도록 소정 깊이의 홈이 형성됨이 바람직하다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 핸드로봇의 핑거장치에서 와이어를 통해 구동함으로써 최소한의 모터를 사용하여 구성함으로써 핸드 로봇의 핑거장치의 손목 관절을 작동시키는 것이 더욱 용이해지며, 크기를 최소화하여 경제성을 향상시키고 구동제어를 용이하게 할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예 및 이용예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 핸드로봇 핑거장치의 전체 구성을 도시한 도면이며,

도 2는 본 발명의 핸드로소핑거장치를 구성하는 제1 관절부를 도시한 도면이며,

도 3은 본 발명을 구성하는 제2 관절부와 제3 관절부를 도시하는 도면이며,

도 4는 본 발명의 핸드로봇 핑거장치의 구동관계를 설명하기 위한 도면이다.

<도면의 주요 부분의 부호 설명>

10: 제1 관절부 11: 제1 링크

12: 제1 측판 20: 제2 관절부

21: 제2 링크 22: 제2 측판

24: 제1 탄성수단 30: 제3 관절부

31: 제3 링크 32: 제3 측판

40: 와이어 50: 구동모터

51: 회전축

Claims (3)

1. 사람의 손 동작을 구현해내기 위한 핸드로봇의 핑거장치로서,

   자유단부와 제1 링크에 결합된 단부를 가지며 양 측판으로 구성된 제1 관절부,

   상기 제1 관절부의 제1 링크와 대향하는 제2 링크 사이로 연장하는 양 측판들에 의해 일체로 작동하도록 이루어진 제2 관절부,

   상기 제2 관절부의 제2 링크에 대향하여 위치되는 제3 링크 사이로 연장하는 양 측판들에 의하여 일체로 작동하도록 이루어진 제3 관절부, 및

   제2 관절부 및 제3 관절부를 각각 신축운동시키기 위한 구동 모터를 구비하며,

   상기 제1 관절부의 링크와 제2 관절부의 링크는 서로 연계 작동하도록 구속수단에 의하여 연결되며, 상기 제2 관절부의 링크와 제2 구동모터의 회전축 사이에는 제2 관절부 작동용 와이어가 장착되고, 상기 제3 관절부의 링크와 상기 제1 구동모터의 회전축 사이에는 제3 관절부 작동용 와이어가 장착되는 것을 특징으로 ㅎ하는 와이어 구동식 핸드로봇 핑거장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 탄성수단은 고무링인 것을 특징으로 하는 와이어 구동식 핸드로봇 핑거장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 링크에는 고무링이나 와이어의 탈락을 방지하도록 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 와이어 구동식 핸드로봇 핑거장치.

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