KR20120025255A

KR20120025255A - 로봇의 손가락 구동장치

Info

Publication number: KR20120025255A
Application number: KR1020100087541A
Authority: KR
Inventors: 이용권; 조창현
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2010-09-07
Filing date: 2010-09-07
Publication date: 2012-03-15
Also published as: KR101187599B1

Abstract

본 발명은 로봇의 손가락을 구동하는 장치에 관한 것으로서, 특히 빠른 손가락부재의 움직임을 제공하면서도 강한 파지력이 요구되는 경우 손가락부재의 추가적인 회전력을 제공하는 로봇 손가락 구동장치에 관한 것으로서, 베이스와, 복수개의 회전부재로 이루어지며, 상기 베이스에 회전가능하게 결합하는 손가락부재와, 상기 손가락부재가 베이스에 대해 회전하도록 회전력을 제공하는 액추에이터와, 상기 액추에이터의 작동에 의해 손가락부재가 회전한 후 상기 손가락부재의 회전방향으로 추가적인 회전력을 제공하는 추가회전력제공수단을 포함하는 로봇의 손가락 구동장치를 개시한다.

Description

로봇의 손가락 구동장치{FINGER DRIVE DEVICE OF ROBOT}

본 발명은 로봇의 손가락을 구동하는 장치에 관한 것으로서, 특히 손가락부재의 빠른 움직임을 제공하면서도 강한 파지력이 요구되는 경우 손가락부재의 추가적인 회전력을 제공하는 로봇 손가락 구동장치에 관한 것이다.

로봇 손가락은 손가락 관절을 이루는 복수개의 링크와 각 관절을 구동하기 위한 복수개의 모터, 및 감속기를 포함한다. 일반적으로 링크를 연결하는 조인트 각각에 액츄에이터를 부착하여 동작시킨다. 이러한 감속기와 모터는 크기의 제약 때문에 소형화 될 수 밖에 없다. 따라서, 감속기와 모터의 소형화에 따라서 손가락의 파지력이 현저히 작아진다. 만일 소형 모터 및 감속기를 이용하여 파지력을 높이고자 하는 경우에는 높은 감속비로 인해 손가락의 관절의 반응속도가 매우 떨어지는 문제점이 있다. 또한, 감속기의 감속비가 높은 경우 역회전시 매우 큰 하중이 걸리고 로봇손이 충돌하는 경우 파손될 염려가 높다.

파손의 우려를 낮추기 위하여, 손가락 사이에 고무 등으로 이루어진 충격완화부재를 장착하거나 스프링을 설치하거나, 탄성조인트 등을 적용할 수 있다. 그러나 충격완화부재 및 스프링과 같은 파손 방지 부재들은 그 반발성향 때문에 손가락의 정확한 위치를 추정하기 어려우며, 위치 추정을 위하여 처짐량 측정 센서와 같은 추가적인 센서가 필요한 문제점이 있다.

와이어와 풀리를 이용한 동력전달기를 감속기 대신 사용하는 경우 특정 방향에 대해서만 충돌을 견딜 수 있는 한계가 있다. 또한, 동력전달기의 특성상 손가락의 위치를 정확히 추정하기 어렵기 때문에 물건을 파지하는 조작이 불가능하다.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 복수개의 액츄에이터를 이용하여 손가락을 정밀하고 빠르게 구동하면서도 큰 파지력이 필요한 경우 추가적인 힘 공급이 가능한 로봇의 손가락 구동장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 별도의 감속기 없이 액츄에이터에 의해 손가락이 구동되므로 감속비를 낮출 수 있어서 빠른 움직임과 역구동이 가능한 로봇의 손가락 구동장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 베이스와, 복수개의 회전부재로 이루어지며, 상기 베이스에 회전가능하게 결합하는 손가락부재와, 상기 손가락부재가 베이스에 대해 회전하도록 회전력을 제공하는 액추에이터와, 상기 액추에이터의 작동에 의해 손가락부재가 회전한 후 상기 손가락부재의 회전방향으로 추가적인 회전력을 제공하는 추가회전력제공수단을 포함하는 로봇의 손가락 구동장치를 제공한다.

상기 손가락부재를 이루는 상기 복수개의 회전부재는 상기 베이스 및 인접한 회전부재에 굽혀지거나 펴지는 방향으로 피칭회전가능하게 결합되고, 상기 복수개의 회전부재는 상기 베이스에서 먼 회전부재일수록 내측방향으로 더 피칭회전하는 것이 바람직하다.

상기 베이스 및 상기 복수개의 회전부재는 인접한 베이스 및 회전부재와 각각 링크로 연결되고, 상기 각 링크의 제1 단부는 상기 베이스 또는 상기 베이스에 가까운 회전부재에 회전가능하게 결합되고, 상기 링크의 제2 단부는 상기 제1 단부가 결합된 회전부재와 인접한 회전부재에 회전가능하게 결합되며, 상기 링크의 제1 단부는 상기 제1 단부가 결합된 회전부재의 피칭회전축에서 손가락부재가 펴지는 방향으로 이격되어 결합되고, 상기 링크의 제2 단부는 상기 제2 단부와 결합된 회전부재의 피칭회전축에서 손가락부재가 굽혀지는 방향으로 이격되어 결합되는 것이 바람직하다.

상기 베이스와 상기 베이스에 인접한 회전부재는 베이스연결부재에 의해 연결되고, 상기 베이스에 인접한 회전부재는 상기 베이스연결부재에 피칭회전 가능하게 연결되고, 상기 베이스연결부재는 상기 베이스에 상기 베이스와 평행한 평면상에서 요잉회전 가능하게 연결될 수 있다.

상기 액추에이터는, 상기 손가락부재의 폭방향 일단에 볼-소켓조인트로 회전가능하게 결합되는 제1 로드와, 상기 제1 로드를 상기 손가락부재를 향하는 방향 또는 상기 손가락부재에서 멀어지는 방향으로 이동시키는 제1 몸체와, 상기 손가락부재의 폭방향 타단에 볼-소켓조인트로 회전가능하게 결합되는 제2 로드와, 상기 제2 로드를 상기 손가락부재를 향하는 방향 또는 상기 손가락부재에서 멀어지는 방향으로 이동시키는 제2 몸체를 포함할 수 있다.

상기 추가회전력제공수단은 상기 손가락부재와 연결된 와이어와 상기 와이어의 길이를 조절하는 와이어액추에이터일 수 있으며, 이때, 상기 와이어의 일단은 상기 손가락부재의 상기 링크 중 어느 하나에 연결될 수 있고, 이와는 달리, 상기 와이어가 상기 손가락의 복수개의 회전부재를 모두 통과하여, 상기 복수개의 회전부재들 중 상기 베이스에서 가장 먼 회전부재에 일단이 고정될 수도 있다.

상기 와이어액추에이터는, 상기 와이어와 직교한 방향으로 배치되는 구동축과, 상기 구동축에 평행하며 상기 베이스에 고정되는 고정축과, 상기 구동축과 상기 고정축을 연결하며 전계가 인가되면 수축하는 복수개의 형상기억스프링부재와, 상기 구동축에 형성되며, 상기 와이어의 단부가 고정되는 와이어고정부를 포함할 수 있다. 이때, 상기 형상기억스프링부재는 전계가 인가되면 수축하는 형상기업합금이거나, 압전체일 수 있다.

상기 형상기억스프링부재의 일단부에는 제1 중공부를 갖는 제1 결합부가 형성되어, 상기 제1 중공부를 통해 상기 구동축이 관통하여 결합되고, 상기 형상기억스프링부재의 타단부에는 제2 중공부를 갖는 제2 결합부가 형성되어, 상기 제2 중공부를 통해 상기 고정축이 관통되어 결합되며, 상기 제1 결합부에 제1 전극이 형성되고, 상기 제2 결합부에 제2 전극이 형성될 수 있다.

상기 와이어액추에이터는, 중앙부로 상기 와이어가 통과하는 복수 개의 세그먼트로 이루어진 와이어그립부와, 상기 와이어그립부를 압박하여 상기 와이어그립부가 상기 와이어를 파지하게 하는 압박수단과, 상기 압박수단이 상기 와이어그립부를 압박하지 않는 경우에는 상기 와이어가 상기 와이어그립부로부터 자유로울 수 있게 상기 복수개의 세그먼트들 사이의 공간을 확보하기 위한 적어도 하나의 판스프링과, 상기 와이어그립부가 상기 와이어를 파지하면 상기 와이어그립부를 이동시키는 이동부를 포함할 수 있다.

상기 압박수단은, 전계가 인가되면 수축하며 상기 와이어그립부 둘레를 여러 차례 권취한 형상기업합금와이어와, 상기 형상기억합금와이어세 전계를 인가하기 위한 전극을 포함할 수 있다.

상기 이동부는, 상기 와이어그립부의 선단에 연결되는 제1 스프링부재와, 상기 와이어그립부의 후단에 연결되며 전계가 인가되면 수축하는 형상기억합금으로 이루어진 제2 스프링부재를 구비하며, 상기 와이어의 단부는 상기 베이스에 스프링으로 연결되는 것이 바람직하다.

상기 추가회전력제공수단은 일단이 상기 손가락부재와 연결되고 타단이 상기베이스에 고정되며, 전계가 인가되면 수축하는 형상기억합금와이어일 수 있다.

또한, 상기 추가회전력제공수단은, 상기 손가락부재에서 연장되며 폭방향으로 돌출되어 형성된 돌출부를 갖는 가압부재와, 상기 베이스 상에 배치되며 제3 로드를 신장 또는 수축시키는 선형액추에이터와, 상기 제3 로드 및 상기 손가락부재에 각각 회전가능하게 결합되는 가압블록을 구비하며, 상기 가압블록은 상기 제3 로드가 신장되면 상기 가압부재측으로 회전하여 상기 가압부재의 상기 돌출부와 접촉하면서 가압하여 상기 손가락부재에 회전력을 제공할 수 있다. 상기 가압블록은 상기 선형액추에이터 대신, 회전액추에이터에 의해 회전하여 상기 가압부재의 상기 돌출부와 접촉하면서 가압하여 상기 손가락부재에 회전력을 제공할 수도 있다.

또한, 상기 추가회전력제공수단은, 일단이 상기 손가락부재에 회전가능하게 결합되는 크랭크와, 상기 크랭크의 타단에 형성되며, 상기 크랭크의 직선운동을 가이드하는 크랭크가이드와, 상기 크랭크가이드의 직선운동을 유도하는 가이드축과, 상기 크랭크가이드를 가압하여 이동시키는 가압액추에이터를 구비할 수 있다.

상기 크랭크가이드는 중공부를 갖는 원통형상으로 이루어지고, 상기 가이드축은 상기 크랭크가이드의 중공부를 관통하여, 상기 크랭크가이드 및 상기 크랭크가 상기 가이드축을 중심으로 회전할 수 있다.

상기 가압액추에이터는 경사면을 갖는 가압부와 신축가능한 가압로드를 구비하며, 상기 가압로드가 신장하면 상기 가압부의 경사면이 상기 크랭크가이드와 접촉하면서 가압하여 상기 크랭크가이드를 직선이동시키며, 상기 크랭크가 상기 손가락부재에 추가적인 회전력을 제공할 수 있다.

또한, 상기 추가회전력제공수단은 상기 액추에이터를 상기 손가락부재 측으로 가압하여 이동시키는 액추에이터가압부재일 수 있다. 이때, 상기 액추에이터가압부재는 상기 제1 및 제2 로드의 후단을 상기 손가락부재측으로 가압할 수도 있다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 고감속비를 갖는 액추에이터를 이용하여 손가락부재를 빠르게 회전시켜 자세를 신속히 제어할 수 있으며, 상기 손가락 부재를 이용하여 물체를 파지하는 등 강한 회전력이 필요한 경우 추가적인 회전력 제공수단, 즉 피칭회전력 제공수단을 이용하여 추가적인 회전력을 손가락부재에 제공함으로써 강한 파지력을 구현할 수도 있다.

또한, 추가적인 회전력을 공급하기 전까지 상기 액추에이터에 의해 자세가 제어되므로 손가락부재의 위치를 정확히 파악할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 로봇의 손가락 구동장치의 제1 실시예 구성을 측면에서 도시한 모식도이고,
도 2는 도 1의 로봇의 손가락 구동장치를 도시한 사시도이고,
도 3은 본 발명에 따른 로봇의 손가락 구동장치의 제2 실시예 구성을 측면에서 도시한 모식도이고,
도 4는 본 발명에 따른 로봇의 손가락 구동장치의 피칭회전력 공급부의 일 예를 도시한 사시도이고,
도 5는 도 1 내지 도 4의 손가락 구동장치에서 추가적인 피칭회전을 제공하는 액추에이터에서 와이어를 파지하여 이동시키는 장치를 개략적으로 도시한 개념도이고,
도 6은 본 발명에 따른 로봇의 손가락 구동장치의 제3 실시예 구성을 도시한 측면도이고,
도 7은 도 6의 실시예에서 손가락 부재에 추가적인 내측방향 피칭회전을 제공하는 과정을 도시한 측면도이고,
도 8은 본 발명에 따른 로봇의 손가락 구동장치의 제4 실시예 구성을 도시한 측면도이고,
도 9는 도 8의 로봇의 손가락 구동장치가 손가락부재에 추가적인 내측방향 피칭회전력을 공급하는 과정을 도시한 측면도이고,
도 10은 본 발명에 따른 로봇의 손가락 구동장치에서 추가적인 피칭회전을 제공하는 가압액추에이터의 일 예를 도시한 사시도이다.

이하, 도 1 내지 도 9를 참조하여 본 발명에 따른 로봇의 손가락 구동장치를 상세히 설명한다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예는 손바닥을 이루는 베이스(101)와, 베이스(101)에 회전가능하게 부착되며 복수개의 마디를 이루는 복수개의 회전부재로 이루어진 손가락부재와 상기 손가락부재를 회전시키는 액추에이터(110)를 포함한다. 이 실시예에서 상기 손가락부재는 세 개의 손가락마디로 이루어지며, 손가락의 첫번째 마디를 형성하는 제1 회전부재(120)와, 제1 회전부재(120)의 단부에 회전가능하게 부착되어 손가락의 두번째 마디를 형성하는 제2 회전부재(122)와, 제2 회전부재(122)의 단부에 회전가능하게 부착되어 손가락의 세번째 마디를 형성하는 제3 회전부재(124)를 포함한다.

액추에이터(110)는 베이스(101) 상에 거치되는 제1 및 제2 몸체(111, 112)와, 제1 몸체(111)에서 제1 회전부재(120) 측으로 이동하거나 반대방향으로 이동하는 제1 로드(113)와, 제2 몸체(112)에서 제1 회전부재(120) 측으로 이동하거나 반대방향으로 이동하는 제2 로드(114)를 구비한다. 제1 회전부재(120)에는 액추에이터 연결부재(130)가 구비되며, 제1 및 제2 로드(113, 114)는 각각 볼소켓조인트(115)에 의해 액추에이터연결부재(130)에 회전가능하게 연결된다. 따라서 로드의 이동에 따라 제1 회전부재(120)가 다른 방향으로 회전할 수 있다.

제1 회전부재(120)는 베이스연결부재(140)에 의해 베이스(101)와 연결된다. 제1 회전부재(120)는 베이스연결부재(140)에 제1 결합축(141)에 의해 회전가능하게 결합되어 피칭회전(pitching, 손가락부재가 굽혀지거나 펴지는 방향의 회전)이 가능하다. 베이스연결부재(140)는 베이스(101)의 법선(A축)에 대해 회전가능하게 베이스(101)와 결합한다. 따라서, 손가락부재의 베이스(101)에 대한 요잉회전(yawing)이 가능하다. 제2 회전부재(122)는 제1 결합축(121)에 의해 제1 회전부재(120)에 굽힘방향으로 회전가능하게 결합되고, 제3 회전부재(124)는 제3 결합축(123)에 의해 제2 회전부재(122)에 굽힘방향으로 회전가능하게 결합된다. 여기서 피칭회전(pitching)은 제1 내지 제3 회전부재(120, 122, 124)가 베이스(101)의 면과 평행한 축을 중심으로 회전하여 손가락 마디와 같이 굽혀지거나 펴지는 방향의 회전을 의미하고, 요잉회전(yawing)은 손가락부재가 베이스(101)의 법선을 축으로하여 베이스(101)의 면과 평행한 평면상에서 회전하는 것을 의미한다.

제1 회전부재(120)와 제2 회전부재(122)는 제1 링크(150)로 연결된다. 제1 링크(150)의 일단(151)은 제1 회전부재(120)의 베이스(101)와 가까운 단부에 회전가능하게 결합되고, 제1 링크(150)의 타단(152)은 제2 회전부재(122)의 제1 회전부재(120)와 가까운 단부에 회전가능하게 결합된다. 제1 링크(150)는 제1 결합축(141)과 제2 결합축(121)을 연결한 선과 교차되도록 배치된다. 이 실시예에서 제1 링크(150)의 일단(151)은 제1 결합축(141)에서 외측방향(손가락부재가 펴지는 방향)으로 이격되어 제1 회전부재(120)에 회전가능하게 결합되고, 타단(152)은 제2 결합축(121)에서 내측방향(손가락부재가 굽혀지는 방향)으로 이격되어 제2 회전부재(122)에 회전가능하게 결합된다. 마찬가지로, 제2 회전부재(122)와 제3 회전부재(124) 사이에도 동일한 형태의 제2 링크(160)가 결합된다. 제2 링크(160) 또한 제2 결합축(121) 및 제3 결합축(123)을 연결한 선과 교차되도록 배치되며, 제2 링크(160)의 제2 회전부재(122)측 일단(161)은 제2 결합축(121)에 대해 외측으로 이격되어 제2 회전부재(122)에 회전가능하게 결합되고, 타단(162)은 제3 결합축(123)에서 내측으로 이격되어 제3 회전부재(124)에 회전가능하게 결합된다.

액츄에이터(110)의 제1 로드(113) 및 제2 로드(114)의 신축에 따라 엑추에이터연결부재(130)에 연결된 제1 회전부재(120)가 회전한다. 제1 및 제2 로드(113, 114)가 동일한 방향으로 동일한 길이만큼 손가락부재를 향해 이동하면, 제1 회전부재(120)는 내측방향으로 피칭회전한다. 이때, 제1 링크(150)에 의해 제2 회전부재(122)는 제1 회전부재(120)에 대해 내측방향으로 더 피칭회전하고, 제2 링크(160)에 의해 제3 회전부재(124)는 제2 회전부재(122)에 대해 내측방향으로 더 피칭회전하여 손가락을 굽히는 것과 같이 움직인다. 반대로, 제1 로드(113)와 제2 로드(114)가 손가락부재에서 멀어지는 방향으로 동시에 동일한 길이로 이동하면 제1 내지 제3 부재(120, 122, 124)가 전술한 방향과 반대로 회전하여 손가락을 펴는 것과 같이 움직인다.

도 2에 도시된 바와 같이, 제1 로드(113)와 제2 로드(114)가 서로 반대방향으로 이동하는 경우 베이스연결부재(140)가 베이스(101)의 법선(A)을 기준으로 회전할 수 있고, 이에 결합된 제1 회전부재(120)도 베이스(101)의 법선(A)을 기준으로 회전할 수 있다. 따라서, 제1 내지 제3 회전부재(120, 122, 124)로 이루어진 손가락부재가 베이스(101)에 대해 평행한 평면상에서 요잉회전할 수 있다.

상기와 같은 제1 내지 제3 회전부재(120, 122, 124)의 피칭회전하여 물체를 파지하는 경우가 발생한다. 물체의 질량이나 그 형상에 따라 액추에이터(110)의 제1 및 제2 로드(113, 114)의 힘만으로는 물체의 파지가 어려운 경우가 발생할 수 있다. 도 1의 와이어(170) 및 와이어액추에이터(172)는 손가락부재의 추가적인 내측방향 피칭회전력을 제공하기 위한 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 와이어(170)의 일단은 제1 링크(150)에 부착되며, 타단은 와이어액추에이터(172)에 부착된다. 와이어액추에이터(172)는 회전하는 드럼형태로서, 와이어액추에이터(172)가 회전하면 그 회전방향에 따라 와이어액추에이터(172)의 외주면에 와이어(170)가 감기거나 감겨져 있던 와이어가 풀린다. 따라서, 강한파지력이 필요한 경우, 도 1을 참조하면, 와이어액추에이터(172)가 반시계 방향으로 회전하여 와이어(170)를 감으면 제1 링크(150)가 내측방향으로 피칭회전력을 받는다. 따라서, 순차적으로, 제1 회전부재(120), 제2 회전부재(122), 제2 링크(160), 제3 회전부재(124)가 내측방향으로 피칭회전력을 받는다. 따라서, 액추에이터(110)의 제1 및 제2 로드(113, 114)의 이동에 의한 내측방향 피칭회전뿐만 아니라 추가적인 내측방향 피칭회전력을 제공할 수 있다.

와이어액추에이터(172)가 시계방향으로 회전하여 와이어(170)가 와이어액추에이터(172)에서 풀려 그 길이가 늘어나면, 와이어(170)가 제1 내지 제3 회전부재(120, 122, 124)의 회전에 영향을 미치지 못한다. 이 경우에는 제1 및 제2 로드(113, 114)에 의해 제1 내지 제3 회전부재(120, 122, 124)의 회전이 제어된다.

와이어액추에이터(172)에는 고감속 기어를 적용하고, 제1 및 제2 로드(113, 114)를 구동하는 액추에이터(110)는 선형모터를 직결하거나, 낮은 감속비를 갖는 감속기와 모터조합을 적용할 수 있다. 이 경우 역구동이 가능하고 빠른 움직임이 가능하다. 즉, 액추에이터(110)를 이용하여 손가락부재의 빠른 움직임을 구현하면서도 동시에 와이어액추에이터(172)와 와이어(170)를 통해 필요한 파지력을 공급할 수 있다.

도 3은 상기 실시예에서 와이어 연결구조를 변경한 제2 실시예이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 와이어(270)가 손의 힘줄과 같이 베이스(101)를 통과하여 제1 내지 제3 회전부재(120, 122, 124)에 차례로 연결되며, 제3 회전부재(124)에 와이어(270)의 일단부(271)가 나사(272)에 의해 고정되고, 타단부(272)는 베이스(101)에 고정된다. 다른 구성들은 제1 실시예와 동일하므로 상세히 설명하지 않는다. 와이어(270)가 와이어액추에이터(도시하지 않음)에 의해 도면상에서 아래측으로 당겨지면 제1 내지 제3 회전부재(120, 122, 124)가 내측방향으로 피칭회전하게 된다. 따라서, 액추에이터(110)의 제1 및 제2 로드(113, 114)의 이동에 의한 내측방향 피칭회전에 추가적으로 내측방향 피칭회전력을 제공할 수 있다.

제1 및 제2 실시예에서 와이어와 와이어액추에이터 대신에 전계가 인가되면수축하는 형상기억와이어를 사용할 수 있다. 즉, 와이어의 양단에 전극을 연결하여 전계를 인가하는 경우 형상기억와이어의 길이가 변화하면서 제1 내지 제3 회전부재(120, 122, 124)의 내측방향 피칭회전력을 제공할 수 있다.

도 4는 와이어의 길이를 변화시키기 위하여 사용되는 와이어액추에이터의 일 실시예를 도시한 것이다. 도 4의 와이어액추에이터는 복수개의 형상기억합금스프링(284)을 구비한 와이어액추에이터(280)이다. 형상기억합금스프링(284)은 전계가 인가되면 수축하는 형상기억합금이거나, 압전체일 수 있다. 이 실시예에서 와이어액추에이터(280)는 구동축(281)과, 구동축(281)과 평행하며 베이스(101)에 고정되는 고정축(282)과, 구동축(281)과 고정축(282)을 연결하는 복수개의 형상기억합금스프링(284)을 포함한다.

형상기억합금스프링(284)의 양단부에는 중공부를 갖는 링 또는 고리 형상으로 이루어진 결합부(285)가 형성되고, 양측 결합부(285)의 중공부를 통해 구동축(281) 및 고정축(282)가 각각 관통하여 구동축(281), 고정축(282) 및 형상기억합금스프링(284)이 결합된다. 구동축(281) 및 고정축(282)의 양 단부는 형상기억합금스프링(284)의 결합부(285)가 빠지지 않게 캡(286)이 나사결합된다. 캡(286)에는 전극이 구비되어 형상기억합금스프링(284)에 전류가 인가될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 인접한 형상기억합금스프링(284)의 결합부(285)는 서로 접촉되므로 병렬로 전기접속되어 있다. 따라서, 캡(286)의 전극에 전계가 인가되면 각 형상기억합금스프링(284)에 동일한 전압 및 전류가 인가되므로, 모든 형상기억합금스프링이 동일한 길이만큼 수축된다.

구동축(281)에는 와이어 고정부(283)가 형성되어 와이어(170)의 단부가 고정된다. 따라서, 형상기억합금스프링(284)에 전계가 인가되어 수축하면 와이어(170)가 당겨지므로, 제1 내지 제3 회전부재(120, 122, 124)의 굽힘방향 회전 및 힘을 제공하여 추가적인 파지력을 제공할 수 있다.

고정축(282)에는 고정축(282)을 베이스(101)에 고정하는 브라켓(287)이 구비된다.

도 5는 와이어를 이용한 피칭회전력 제공수단인 와이어액추에이터의 다른 실시예를 개략적으로 도시한 것이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 이 실시예는 제1 및 제2 실시예와 같이 와이어를 이용하여 추가적인 내측방향 피칭회전력을 제공하기 위한 것이다.

와이어(670)는 전술한 제1 실시예와 같이 제1 회전부재의 제1 링크에 그 일단이 연결되거나, 전술한 제2 실시예와 같이 제1 내지 제3 회전부재에 차례로 연결되며 제3 회전부재에 그 일단이 고정될 수 있다.

와이어액추에이터(600)는 중앙부로 와이어(670)가 통과하는 두 개의 세그먼트로 이루어진 와이어 그립부(610)를 포함한다. 와이어와 고정되어 있지는 않지만 추가적인 내측방향 피칭회전력이 필요한 경우 상기 두 개의 세그먼트가 서로 가까워지면서 와이어(670)를 압박하여 파지한다. 이동부(아래에서 설명됨)는 와이어그립부(610)가 와이어(670)를 파지하면, 와이어그립부(610)를 이동시켜 와이어(670)가 제1 내지 제3 회전부재에 추가적인 내측방향 피칭회전력을 제공하게 한다.

와이어그립부(610)는 전계가 인가되면 수축하는 형상기업합금와이어(620)로 둘레가 여러 차례 권취되어 있으며, 두 개의 세그먼트 사이에 판스프링(612)이 장착된다. 따라서, 판스프링(612)에 의해 와이어 그립부의 두 개의 세그먼트가 서로 이격되어 있어서, 형상기업합금와이어(620)에 전계가 인가되지 않으면 와이어(670)는 와이어그립부(610)와 분리되어 있다. 추가적인 내측방향 피칭회전력이 필요한 경우 형상기억합금와이어(620)에 연결된 전극(621, 622)에 전계가 인가되어, 형상기억합금와이어(620)가 수축하면, 판스프링(612)의 탄성력을 이기고 와이어그립부(610)의 두 개의 세그먼트가 접촉하면서 그 중앙부를 통과하는 와이어(670)를 압박하면서 파지한다. 이후, 상기 이동부가 이동하면 와이어도 함께 이동하면서, 제1 내지 제3 회전부재의 내측방향 피칭방향 회전력을 제공할 수 있다.

이동부는 와이어그립부(610) 선단에 연결되는 제1 스프링부재(630)와 와이어그립부(610) 후단에 연결되는 제2 스프링부재(640)를 구비한다. 제1 및 제2 스프링부재(640)에 의해서 외력이 작용하지 않는 경우 와이어그립부(610)의 위치가 유지될 수 있다. 제2 스프링부재(640)는 와이어그립부(610)가 와이어(670)를 파지한 상태에서 전계가 인가되면 수축하는 형상기억합금으로 이루어진다. 따라서, 추가적인 내측방향 피칭회전력이 필요한 경우 제2 스프링(640)에 전계를 인가하여 수축시킴으로써 와이어(670)를 당길 수 있다.

와이어(670)의 단부(672)는 와이어스프링(673)으로 연결되어 와이어가 일정크기 이상의 장력을 유지하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제3 실시예는 추가적인 굽힘회전 및 힘을 제공하기 위하여 와이어 대신 유압실린더를 사용한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 이 실시예에서도 액추에이터(110)의 제1 및 제2 로드(113, 114)가 신축함에 따라 제1 내지 제3 회전부재(120, 122, 124)가 회전하는 구성은 동일하므로 상세한 설명은 생략한다. 이 실시예에서는 추가적인 내측방향 피칭회전력을 제공하는 방법이 상기 실시예들과는 상이하다.

제1 회전부재(120)에서 가압부재(340)가 연장된다. 가압부재(340)의 폭방향으로 돌출부(341)가 형성된다. 베이스 상에는 유압실린더(310)가 구비된다. 실린더(310)는 실린더로드(320)의 길이를 조절하여 신장 또는 수축시킨다. 실린더로드(320)는 가압블록(330)에 회전가능하게 결합된다. 가압블록(330)의 일단은 제1 회전부재(120)에 회전가능하게 결합된다. 따라서, 가압블록(330)은 실린더로드(320)의 신축에 따라 회전하며, 도 7에 도시된 바와 같이, 가압블록(330)이 일정각도 이상 회전한 경우 가압블록(330)의 가압부(332)가 가압부재(340)의 돌출부(341)와 접촉하며 가압부재(340)를 가압하면서, 굽힘방향의 회전과 힘을 제공한다. 따라서, 제1 및 제2 로드(113, 114)에 의한 힘 외에도 추가적인 내측방향 피칭회전력을 제공할 수 있다.

이 실시예의 유압실린더(310)는 공압실린더와 같은 선형액추에이터로 대체가능하고, 상기 가압블록(330)에 직접 회전형 액추에이터와 같은 회전구동수단을 장착할 수도 있다.

도 8 및 도 9는 본 발명의 제4 실시예를 도시한 것이다. 이 실시예에서도 베이스(401), 액추에이터(410), 제1 회전부재(420), 제2 회전부재(422), 및 제3 회전부재(422)를 포함한다. 이들의 구성 및 작동은 전술한 실시예들과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 이 실시예는 추가적인 내측방향 피칭회전력을 제공하기 위하여, 제1 회전부재를 가압하도록 연결된 크랭크구조를 개시한다. 이 실시예는 일단(421)이 제1 회전부재(420)에 회전가능하게 결합되는 크랭크(430)와, 크랭크(430)의 타단에 형성되며, 크랭크(430)의 직선운동을 가이드하는 원통형상의 크랭크가이드(431)와, 크랭크가이드(431)가 직선운동하게 하는 가이드축(433)과, 크랭크가이드(431)를 가압하여 이동시키는 가압액추에이터(450)을 구비한다. 크랭크(430)와 크랭크가이드(431)는 회전축(432)에 의해 회전가능하게 결합된다. 가이드축(433)의 중심은 제1 회전부재(420)의 요잉회전 축(A)과 동일하다. 따라서, 크랭크가이드(431)는 가이드축(433) 상을 직선운동할 수 있고, A축을 기준으로 회전하여 크랭크(430)을 회전시킬 수 있다. 따라서, 제1 회전부재(420)가 요잉회전하면 크랭크(430)도 함께 요잉회전할 수 있다.

가압액추에이터(450)는 경사면을 갖는 가압부(452)와 신축가능한 가압로드(451)를 구비한다. 가압로드(451)가 수축된 상태에서는 가압부(452)가 크랭크가이드(431)를 가압하지 않는다. 따라서, 제1 내지 제3 회전부재(420, 422, 424)는 액추에이터(410)에 의해서만 피치회전한다. 추가적인 내측방향 피칭회전력이 필요한 경우 가압로드(451)가 신장하여 가압부(452)의 경사면이 크랭크가이드(431)와 접촉한다. 가압로드(451)의 신장이 계속되면, 가압부(452)가 크랭크가이드(431)를 가압하면서 가이드축(433)을 따라 직선이동되게 한다. 이러한 크랭크가이드(431)의 직선이동은 크랭크(430)의 회전력을 증가시키고, 제1 회전부재(420)에 추가적인 내측방향 피칭회전력을 제공한다.

가압액추에이터(450)는 유압실린더로 이루어질 수 있고, 형상기억합금액추에이터 또는 압전액추에이터일 수 있다. 즉, 고감속의 선형액추에이터가 사용될 수 있다.

도 10은 본 발명의 제5 실시예로서, 또 다른 피칭회전력 제공수단을 개시한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 액추에이터(510)의 제1 및 제2 로드(513, 514)는 각각 제1 및 제2 몸체(511, 512) 후측으로 연장된다. 가압부재(551)은 가압액추에이터(550)에 의해 선형이동하면서 제1 및 제2 로드(513, 514)의 후단부(516, 517)를 손가락부재 측으로 가압할 수 있다. 가압부재(551)를 이동시키는 가압액추에이터(550)는 전술한 제4 실시예와 마찬가지로 고감속의 선형액추에이터가 사용될 수 있다.

가압부재(551)가 액추에이터(510)의 제1 및 제2 로드(513, 514)의 후단부(516, 517)과 접촉하지 않는 경우에는 제1 회전부재(520)가 액추에이터(510)에 의해서만 피칭회전될 수 있다. 물체를 파지하는 등 추가적인 내측방향 피칭회전력이 필요한 경우, 가압액추에이터(550)에 의해 가압부재(551)가 손가락부재측으로 이동하여 제1 및 제2 로드(513, 514)의 후단을 밀어 제1 및 제2 로드(513, 514)를 손가락부재 측으로 가압함으로써 제1 회전부재(520)의 내측방향 피칭회전력을 증대시킬 수 있다.

이 실시예에서, 가압부재가 액추에이터(510)의 제1 및 제2 로드(513, 514)의 후단부를 가압하지만, 액추에이터의 제1 및 제2 몸체(511, 512)의 후단부를 손가락부재 측으로 가압하여 추가적인 파지력을 제공할 수도 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되는 것은 아니고 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

101: 베이스
110: 액추에이터
111, 112: 액추에이터의 몸체
113, 114: 액추에이터의 로드
120, 122, 124: 회전부재
130: 액추에이터 연결부재
140: 베이스연결부재
150, 160: 링크
170, 270, 670: 와이어
172, 280, 600: 와이어액추에이터
310: 유압실린더
320: 실린더로드
330: 가압블록
332: 가압부
340, 551: 가압부재
341: 돌출부
430: 크랭크
431: 크랭크가이드
433: 가이드축
450, 550: 가압액추에이터
452: 가압부

Claims

베이스와,
복수개의 회전부재로 이루어지며, 상기 베이스에 회전가능하게 결합하는 손가락부재와,
상기 손가락부재가 베이스에 대해 회전하도록 회전력을 제공하는 액추에이터와,
상기 액추에이터의 작동에 의해 손가락부재가 회전한 후 상기 손가락부재의 회전방향으로 추가적인 회전력을 제공하는 추가회전력제공수단
을 포함하는 로봇의 손가락 구동장치.
제1항에 있어서,
상기 손가락부재를 이루는 상기 복수개의 회전부재는 상기 베이스 및 인접한 회전부재에 굽혀지거나 펴지는 방향으로 피칭회전가능하게 결합되고,
상기 복수개의 회전부재는 상기 베이스에서 먼 회전부재일수록 내측방향으로 더 피칭회전하는
로봇의 손가락 구동장치.
제2항에 있어서,
상기 베이스 및 상기 복수개의 회전부재는 인접한 베이스 및 회전부재와 각각 링크로 연결되고,
상기 각 링크의 제1 단부는 상기 베이스 또는 상기 베이스에 가까운 회전부재에 회전가능하게 결합되고,
상기 링크의 제2 단부는 상기 제1 단부가 결합된 회전부재와 인접한 회전부재에 회전가능하게 결합되며,
상기 링크의 제1 단부는 상기 제1 단부가 결합된 회전부재의 피칭회전축에서 손가락부재가 펴지는 방향으로 이격되어 결합되고,
상기 링크의 제2 단부는 상기 제2 단부와 결합된 회전부재의 피칭회전축에서 손가락부재가 굽혀지는 방향으로 이격되어 결합되는
로봇의 손가락 구동장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 베이스와 상기 베이스에 인접한 회전부재는 베이스연결부재에 의해 연결되고,
상기 베이스에 인접한 회전부재는 상기 베이스연결부재에 피칭회전 가능하게 연결되고,
상기 베이스연결부재는 상기 베이스에 상기 베이스와 평행한 평면상에서 요잉회전 가능하게 연결되는
로봇의 손가락 구동장치.
제4항에 있어서,
상기 액추에이터는,
상기 손가락부재의 폭방향 일단에 볼-소켓조인트로 회전가능하게 결합되는 제1 로드와,
상기 제1 로드를 상기 손가락부재를 향하는 방향 또는 상기 손가락부재에서 멀어지는 방향으로 이동시키는 제1 몸체와,
상기 손가락부재의 폭방향 타단에 볼-소켓조인트로 회전가능하게 결합되는 제2 로드와, 그리고
상기 제2 로드를 상기 손가락부재를 향하는 방향 또는 상기 손가락부재에서 멀어지는 방향으로 이동시키는 제2 몸체를 포함하는
로봇의 손가락 구동장치.
제3항에 있어서,
상기 추가회전력제공수단은 상기 손가락부재와 연결된 와이어와 상기 와이어의 길이를 조절하는 와이어액추에이터인 로봇의 손가락 구동장치.
제6항에 있어서,
상기 와이어의 일단은 상기 손가락부재의 상기 링크 중 어느 하나에 연결되는 로봇의 손가락 구동장치.
제6항에 있어서,
상기 와이어는 상기 손가락의 복수개의 회전부재를 모두 통과하여, 상기 복수개의 회전부재들 중 상기 베이스에서 가장 먼 회전부재에 일단이 고정되는 로봇의 손가락 구동장치.
제6항에 있어서,
상기 와이어액추에이터는,
상기 와이어와 직교한 방향으로 배치되는 구동축과,
상기 구동축에 평행하며 상기 베이스에 고정되는 고정축과,
상기 구동축과 상기 고정축을 연결하며 전계가 인가되면 수축하는 복수개의 형상기억스프링부재와,
상기 구동축에 형성되며, 상기 와이어의 단부가 고정되는 와이어고정부
를 포함하는 로봇의 손가락 구동장치.
제9항에 있어서,
상기 형상기억스프링부재는 전계가 인가되면 수축하는 형상기업합금으로 이루어진 로봇의 손가락 구동장치.
제9항에 있어서,
상기 형상기억스프링부재는 전계가 인가되면 수축하는 압전체로 이루어진 로봇의 손가락 구동장치.
제9항에 있어서,
상기 형상기억스프링부재의 일단부에는 제1 중공부를 갖는 제1 결합부가 형성되어, 상기 제1 중공부를 통해 상기 구동축이 관통하여 결합되고,
상기 형상기억스프링부재의 타단부에는 제2 중공부를 갖는 제2 결합부가 형성되어, 상기 제2 중공부를 통해 상기 고정축이 관통되어 결합되며,
상기 제1 결합부에 제1 전극이 형성되고, 상기 제2 결합부에 제2 전극이 형성되는
로봇의 손가락 구동장치.
제6항에 있어서,
상기 와이어액추에이터는,
중앙부로 상기 와이어가 통과하는 복수 개의 세그먼트로 이루어진 와이어그립부와,
상기 와이어그립부를 압박하여 상기 와이어그립부가 상기 와이어를 파지하게 하는 압박수단과,
상기 압박수단이 상기 와이어그립부를 압박하지 않는 경우에는 상기 와이어가 상기 와이어그립부로부터 자유로울 수 있게 상기 복수개의 세그먼트들 사이의 공간을 확보하기 위한 적어도 하나의 판스프링과,
상기 와이어그립부가 상기 와이어를 파지하면 상기 와이어그립부를 이동시키는 이동부
를 포함하는 로봇의 손가락 구동장치.
제13항에 있어서,
상기 압박수단은,
전계가 인가되면 수축하며 상기 와이어그립부 둘레에 권취된 형상기업합금와이어와,
상기 형상기억합금와이어에 전계를 인가하기 위한 전극
을 포함하는 로봇의 손가락 구동장치.
제13항에 있어서,
상기 이동부는,
상기 와이어그립부의 선단에 연결되는 제1 스프링부재와,
상기 와이어그립부의 후단에 연결되며 전계가 인가되면 수축하는 형상기억합금으로 이루어진 제2 스프링부재
를 구비하는 로봇의 손가락 구동장치.
제13항에 있어서,
상기 와이어의 단부는 상기 베이스에 스프링으로 연결되는 로봇의 손가락 구동장치.
제1항에 있어서,
상기 추가회전력제공수단은 일단이 상기 손가락부재와 연결되고 타단이 상기베이스에 고정되며, 전계가 인가되면 수축하는 형상기억합금와이어인 로봇의 손가락 구동장치.
제5항에 있어서,
상기 추가회전력제공수단은,
상기 손가락부재에서 연장되며 폭방향으로 돌출되어 형성된 돌출부를 갖는 가압부재와,
상기 베이스 상에 배치되며 제3 로드를 신장 또는 수축시키는 선형액추에이터와,
상기 실린더로드 및 상기 손가락부재에 각각 회전가능하게 결합되는 가압블록을 구비하고,
상기 가압블록은 상기 제3 로드가 신장되면 상기 가압부재측으로 회전하여 상기 가압부재의 상기 돌출부와 접촉하면서 가압하여 상기 손가락부재에 회전력을 제공하는
로봇의 손가락 구동장치.
제5항에 있어서,
상기 추가회전력제공수단은,
상기 손가락부재에서 연장되며 폭방향으로 돌출되어 형성된 돌출부를 갖는 가압부재와,
상기 손가락부재에 각각 회전가능하게 결합되는 가압블록과,
상기 가압블록을 회전시키는 회전액추에이터를 구비하고,
상기 가압블록은 상기 회전액추에이터에 의하여 상기 가압부재측으로 회전하며, 상기 가압부재의 상기 돌출부와 접촉하면서 가압하여 상기 손가락부재에 회전력을 제공하는
로봇의 손가락 구동장치.
제5항에 있어서,
상기 추가회전력제공수단은,
일단이 상기 손가락부재에 회전가능하게 결합되는 크랭크와,
상기 크랭크의 타단에 형성되며, 상기 크랭크의 직선운동을 가이드하는 크랭크가이드와,
상기 크랭크가이드의 직선운동을 유도하는 가이드축과,
상기 크랭크가이드를 가압하여 이동시키는 가압액추에이터
를 구비하는 로봇의 손가락 구동장치.
제20항에 있어서,
상기 크랭크가이드는 중공부를 갖는 원통형상으로 이루어지고,
상기 가이드축은 상기 크랭크가이드의 중공부를 관통하여, 상기 크랭크가이드 및 상기 크랭크가 상기 가이드축을 중심으로 회전할 수 있는
로봇의 손가락 구동장치.
제20항에 있어서,
상기 가압액추에이터는 경사면을 갖는 가압부와 신축가능한 가압로드를 구비하며,
상기 가압로드가 신장하면 상기 가압부의 경사면이 상기 크랭크가이드와 접촉하면서 가압하여 상기 크랭크가이드를 직선이동시키며, 상기 크랭크가 상기 손가락부재에 추가적인 회전력을 제공하는
로봇의 손가락 구동장치.
제5항에 있어서,
상기 추가회전력제공수단은 상기 액추에이터를 상기 손가락부재 측으로 가압하여 이동시키는 액추에이터가압부재인 로봇의 손가락 구동장치.
제23항에 있어서,
상기 액추에이터가압부재는 상기 제1 및 제2 로드의 후단을 상기 손가락부재측으로 가압하는 로봇의 손가락 구동장치.