KR20160046942A

KR20160046942A - 로봇 핑거

Info

Publication number: KR20160046942A
Application number: KR1020140141548A
Authority: KR
Inventors: 신동원; 강정길
Original assignee: 금오공과대학교 산학협력단
Priority date: 2014-10-20
Filing date: 2014-10-20
Publication date: 2016-05-02
Also published as: KR101679600B1

Abstract

본 발명의 로봇 핑거는, 구동모터가 구비된 바디와, 상기 바디에 구비되는 수지부와, 상기 수지부가 바디에 결합되도록 구비되는 그라운드와, 상기 수지부에 구비되는 구동부 및 상기 수지부에 구비되는 복원부를 포함하며, 상기 수지부는 구동부와 복원부의 작동에 의해 동작된다.
또한, 상기 수지부는 그라운드와 힌지결합하는 제1마디와, 상기 제1마디와 힌지결합하는 제2마디와, 상기 제2마디와 힌지결합하는 제3마디로 구분형성된다.
이에 따라, 상기 수지부에 적용된 구동부의 유기적 결합을 통해 상기 수지부의 운지력이 상승하고 작업지속성이 향상되는 효과가 있다.

Description

로봇 핑거{ROBOT FINGER}

본 발명은 로봇 핑거에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3단 구조의 수지부를 연결하는 다중 링크구조와 탄성체가 적용된 구성에 의해 사람의 손가락과 유사한 움직임이 가능한 로봇 핑거에 관한 것이다.

지금껏, 산업은 고도의 성장을 이루어 왔으며, 이에 따라 산업의 생산성을 극대화할 수 있는 자동화 시스템의 등장은 산업을 이루는 기술의 고속 발전을 비추어 보았을 때 당연한 수순이라 할 수 있다.

더욱이, 초기 제조공장 등에서 단순한 운반기능을 수행하던 자동화 시스템은 지속적인 발전을 거듭한 결과, 사람이 직접 행하기 힘든 정밀 작업, 미세 작업, 반복 작업 등을 대신할 수 있게 되었다.

이렇게, 사람이 하지 못하는 업무를 수행하도록 개발된 것을 통칭 로봇(ROBOT)이라 하며, 자동화 시스템의 필수 구성요소이다.

지금에 이르러, 로봇은 자동화 시스템에 국한되지 않고 사람이 수행하기 어려운 일이 산재한 다양한 방면에서 활용되도록 개발되었으며, 우주탐사부터 반도체 시스템까지 전방위의 산업분야에 적용되어있다.

아울러, 휴머노이드 로봇과 같은 사람과 비슷한 형태의 로봇도 개발되고 있으며, 이로 인해 로봇은 산업현장에 국한되지 않고 보다 광의의 활용범위로 취급되는 시점이다.

한편, 로봇 시스템에 있어서 필수적인 구성으로 로봇 손이 있으며, 상기 로봇 손은 사람의 손이 수행하는 기능을 대신하여 작업 대상을 잡고 명령에 따라 필요한 조작을 수행하는 로봇의 작업 기관이다.

이에 따라, 로봇 손의 구성인 로봇 손가락은 정확성과 지속성 및 신뢰성이 보장된 작업을 수행하기 위해 정교한 운지동작이 가능하도록 사람의 손가락과 유사한 형태로 개발되었다.

이러한 로봇 손가락에 관한 그 대표적인 예가 하기 문헌 1(이하, '종래기술'이라 한다)에 개시되어 있으며, 도 1을 참조하여 종래기술에 따른 로봇 손에 대하여 개략적으로 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 종래기술의 로봇 손은 베이스(10)와, 상기 베이스(10)의 일단에 결합된 손가락부(20)와, 상기 손가락부(20)를 이루는 다수 개의 마디(21)와, 상기 마디(21) 사이에 개재되어 각 마디(21)를 이어주는 스프링(22)과, 상기 베이스의 타단에 구비되는 작동부(30)와, 상기 손가락부(20)과 작동부(30)가 연동되도록 구비되는 와이어(40)를 포함하며, 상기 손가락부(20)는 다수 개로 구비되는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 상기 베이스(10)의 타단에 구비된 작동부(30)를 조작하여 상기 와이어(40)를 통해 연동된 손가락부(20)가 구부러짐 동작을 수행하게 된다.

하지만, 선행문헌에 개시된 종래기술의 로봇 손은 상기 손가락부(20)의 개별적인 동작이 불가능하며, 이러한 종래기술의 로봇 손은 다양하고 정밀한 동작을 민첩하게 수행할 수 없어 사용범위가 한정적이게 된다.

더욱이, 종래기술의 로봇 손은 단순히 와이어(40)만을 사용하여 구부러짐 동작을 수행함에 따라 반복적인 작업에 의한 와이어(40)의 소성변형이 발생하게 되고, 이로 인해 소정의 작동이 불가능한 문제점으로 작용하게 된다.

따라서, 부품의 간소화를 구현함과 동시에 반복적인 작동에도 소정의 목적을 달성할 수 있으며, 손가락부의 개별적인 움직임이 가능하여 다양한 환경에서도 정밀한 동작을 수행할 수 있는 민첩한 구조의 로봇 손의 개발이 필요한 시점이다.

국내공개특허 제2011-0005146호 (2011.01.17. 공개)

본 발명은 전술한 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 다중 링크구조와 탄성체를 적용하여 사람의 손가락과 유사한 움직임이 가능한 로봇 핑거를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 로봇 핑거는, 구동모터가 구비된 바디; 상기 바디에 구비되는 수지부; 상기 수지부가 바디에 결합되도록 구비되는 그라운드; 상기 수지부에 구비되는 구동부; 및 상기 수지부에 구비되는 복원부;를 포함하며, 상기 수지부는 구동부와 복원부의 작동에 의해 동작되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수지부는 그라운드와 힌지결합하는 제1마디와, 상기 제1마디와 힌지결합하는 제2마디와, 상기 제2마디와 힌지결합하는 제3마디로 구분형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수지부의 동작은, 상기 구동부에 의해 수지부가 내측으로 굽어지도록 작동하는 제1동작과, 상기 복원부에 의해 수지부가 외측으로 펴지도록 작동하는 제2동작으로 구분되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 구동부는, 상기 구동모터에 결합되는 구동샤프트와, 상기 제1마디에 결합되어 구동샤프트와 연결하도록 구비되는 제1링크와, 상기 제2마디에 결합되어 제1링크와 연결하도록 구비되는 제2링크 및 상기 제3마디에 결합되어 제2링크와 연결하도록 구비되는 제3링크를 포함하며, 상기 바디에 수용되어 구동샤프트가 복귀하도록 구비되는 제1리턴 스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 복원부는, 상기 그라운드와 제3마디가 연결되는 와이어와, 상기 와이어와 그라운드 사이에 개재되어 상기 제3마디가 외측으로 펴지도록 복원력을 인가하는 제2리턴 스프링을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수지부의 제1,2,3마디에는 상기 와이어와 구름접촉하는 롤러가 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 롤러는 각 마디에 다수개로 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수지부의 각 마디 사이에는 완충부재가 구비되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 로봇 핑거에 의하면, 상기 구동모터와 수지부 사이에 다중 링크방식의 구동부를 구비하여 유기적 결합을 이루고, 이에 따라 상기 수지부의 정밀하고 효율적인 동작이 가능하게 된다.

또한, 상기 복원부는 와이어와 스프링을 함께 구비하여 반복적인 작동에도 일정한 복원력을 확보할 수 있다.

더욱이, 상기 수지부를 이루는 제1,2,3마디의 사이에 완충부재가 구비되어 상기 수지부의 유연한 움직임이 가능한 장점이 있다.

도 1은 종래기술의 로봇 손의 일 예를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 로봇 핑거를 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 조립도이다.
도 4는 도 3의 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 로봇 핑거의 또 다른 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 로봇 핑거의 작동상태도를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 로봇 핑거의 다른 실시 예를 나타낸 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 로봇 핑거를 도시한 분해 사시도이고, 도 3은 도 2의 조립도이며, 도 4는 도 3의 단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 로봇 핑거의 또 다른 단면도이며, 도 6은 본 발명에 따른 로봇 핑거의 작동상태도를 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명에 따른 로봇 핑거의 다른 실시 예를 나타낸 단면도이다.

도 2 내지 도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 로봇 핑거(A)는, 구동모터(302)가 구비된 바디(100)와, 상기 바디(100)에 구비되는 수지부(200)와, 상기 수지부(200)가 바디(100)에 결합되도록 구비되는 그라운드(110)와, 상기 수지부(200)에 구비되는 구동부(300) 및 상기 수지부(200)에 구비되는 복원부(400)를 포함하며, 상기 수지부(200)는 구동부(300)와 복원부(400)의 작동에 의해 동작된다.

또한, 상기 수지부(200)는 그라운드(110)와 힌지결합하는 제1마디(210)와, 상기 제1마디(210)와 힌지결합하는 제2마디(220)와, 상기 제2마디(220)와 힌지결합하는 제3마디(230)로 구분형성된다.

이때, 상기 제3마디(230)는 끝단 방향으로 직경이 좁아지도록 형성하여 사람의 손가락과 유사한 형상으로 구비함과 동시에 고무와 같은 재질로 마감함으로써 로봇 핑거(A)의 운지동작이 용이해지도록 구성한다.

구체적으로, 상기 바디(100)는 본 발명에서 육면체의 블럭 형상으로 도시되어있으나, 실시에 있어서는 로봇 손의 손바닥 등에 해당하는 로봇 핑거(A)가 지지되는 일련의 지지부재로 실시된다.

그리고, 상기 바디(100)의 상측에는 그라운드(110)가 고정되며, 상기 그라운드(110)가 고정되는 방식은 용접 또는 볼트체결 등 상기 수지부(200)를 지지할 수 있는 고정방식이라면 어떠한 방식이라도 상관없다.

또한, 상기 바디(100)에 고정된 그라운드(110)의 타측에는 제1관절구(112)가 형성된다.

여기서, 상기 제1관절구(112)는 후술되는 제1마디(210)의 제2관절구(212)와 힌지결합하는 홀(Hole)이며, 상기 제1관절구(112)와 제2관절구(212)가 힌지결합되도록 관통하는 힌지핀(600)이 더 구비된다.

그리고, 상기 바디(100)에는 샤프트홀(102)이 형성되어 상기 구동부(300)의 구동샤프트(304)가 수용되도록 구비된다.

이하, 상기 수지부(200)의 구조에 대하여 상세히 설명한다.

구체적으로, 상기 수지부(200)는 전술한 바와 같이 제1마디(210)와, 제2마디(220)와, 제3마디(230)로 구분형성되며, 상기 각 마디는 사람의 손가락과 유사하도록 상기 제1마디(210)의 길이가 가장 길고 제3마디가 가장 짧도록 구비된다.

그리고, 상기 수지부(200)의 제1,2,3마디(210, 220, 230)는 원통형의 소재를 축방향에서 바라보았을 때에 '凹'자 형상으로 가공하며 '凹'자의 개방된 부분이 아래로 향하도록 배치한다.

또한, 제1,2,3마디(210, 220, 230)의 재질은 금속재나 알루미늄재 또는 합성수지재를 사용한다.

이에 따라, 로봇 핑거(A)의 경량화가 가능하고, 상기 구동부(300)의 구성이 각 마디의 내부에 용이하게 수용될 수 있으며, 원통 형상에 통해 외력에 의한 손상에 강성을 지니게 된다.

또한, 상기 제1마디(210)의 일측에는 제2관절구(212)가 형성되어 상기 제1관절구(112)와 힌지결합되고, 타측에는 제3관절구(214)가 형성된다.

이어서, 상기 제2마디(220)의 일측에는 제4관절구(222)가 형성되어 상기 제3관절구(214)와 힌지결합되고, 타측에는 제5관절구(224)가 형성된다.

그리고, 상기 제3마디(230)의 일측에는 제6관절구(232)가 형성되어 상기 제5관절구(224)와 힌지결합된다.

이렇게, 제1,2관절구(112, 212)와, 제3,4관절구(214, 222)와, 제5,6관절구(224, 232)가 각각 힌지결합하여 상기 수지부(200)가 조립된다.

이때, 상기 제1,2관절구(112, 212)와, 제3,4관절구(214, 222)와, 제5,6관절구(224, 232)에는 상기 힌지핀(600)이 삽입된다.

또한, 전술한 바와 같이 조립된 상기 수지부(200)의 동작은, 상기 구동부(300)에 의해 수지부(200)가 내측으로 굽어지도록 작동하는 제1동작과, 상기 복원부(400)에 의해 수지부(200)가 외측으로 펴지도록 작동하는 제2동작으로 구분된다.

그리고, 상기 제1마디(210)에는 구동부(300)의 제1링크(310)가 힌지결합되는 제1힌지홀(216)이 더 구비되며, 상기 제2마디(220)에는 제1힌지홀(216)과 동일한 구성인 제2힌지홀(226)이, 상기 제3마디(230)에는 제3힌지홀(234)이 구비된다.

이하, 상기 구동부(300)의 구조에 대하여 상세히 설명한다.

먼저, 상기 구동부(300)는, 상기 구동모터(302)에 결합되는 구동샤프트(304)와, 상기 제1마디(210)에 결합되어 구동샤프트(304)와 연결하도록 구비되는 제1링크(310)와, 상기 제2마디(220)에 결합되어 제1링크(310)와 연결하도록 구비되는 제2링크(320) 및 상기 제3마디(230)에 결합되어 제2링크(320)와 연결하도록 구비되는 제3링크(330)를 포함하며, 상기 바디(100)에 수용되어 구동샤프트(304)가 복귀하도록 구비되는 제1리턴스프링(306)을 더 포함한다.

여기서, 상기 구동모터(302)와 구동샤프트(304)의 결합은 기어, 타이밍벨트, 체인&스프로킷 등 공지된 전동용 기계요소를 사용한다.

또한, 상기 제1리턴스프링(306)은 구동모터(302)와 구동샤프트(304) 사이에 구비되며, 구동샤프트(304)가 복귀할 수 있는 위치라면 제1리턴스프링(306)가 어느 곳에 조립되어도 무방하다.

더불어, 상기 구동부(300)의 동력원은 본 발명에 적용된 상기 구동모터(302)와 같은 모터 이외에 실린더 등를 사용하여 상기 구동샤프트(304)의 직선동작을 수행해도 무방하다.

구체적으로, 상기 제1링크(310)는 상기 제1힌지홀(216)에 조립되는 제1중심구(312)와, 상기 제1중심구(312)를 기점으로 제1로드(314a)와 제2로드(314b)가 구비되며, 상기 제1로드(314a)의 끝단에는 제1링크홀(316)이, 상기 제2로드(314b)의 끝단에는 제2링크홀(318)이 형성된다.

또한, 상기 제2링크(320)는 상기 제2힌지홀(226)에 조립되는 제2중심구(322)와, 상기 제2중심구(322)를 기점으로 제3로드(324a)와 제4로드(324b)가 구비되고, 상기 제3로드(324a)의 끝단에는 제3링크홀(326)이, 상기 제2로드(324b)의 끝단에는 제4링크홀(328)이 형성된다.

마지막으로, 상기 제3링크(330)는 상기 제3힌지홀(234)에 조립되는 제3중심구(332)를 구비하고, 상기 제4링크홀(328)과 결합하는 제5링크홀(336)을 구비하며, 상기 제3중심구(332)와 제5링크홀(336)을 연결하는 제5로드(334)를 더 구비한다.

이에 따라, 상기 제1,2,3링크(310, 320, 330)의 유기적인 연결구조를 통해 상기 수지부(200)의 유연하고 자연스러운 동작이 가능하며 로봇 핑거(A)의 운지력 상승함과 동시에 작업지속성이 향상되는 장점이 있다.

이하, 상기 복원부(400)의 구조에 대하여 상세히 설명한다.

먼저, 상기 복원부(400)는, 상기 그라운드(110)와 제3마디(230)가 연결되는 와이어(410)와, 상기 와이어(410)와 그라운드(110) 사이에 개재되어 상기 제3마디(230)가 외측으로 펴지는 제2동작이 가능하도록 복원력을 인가하는 제2리턴스프링(420)을 포함한다.

또한, 상기 와이어(410)는 제1,2,3마디(210, 220, 230)의 상측에 형성된 와이어홈(210a, 220a, 230a)에 수용되어 상기 와이어(410)의 이탈을 방지한다.

이에 따라, 상기 제1.2.3링크(310, 320, 330)에 구동모터(302)의 힘이 인가되지 않으면 상기 와이어(410)와 제1,2리턴스프링(306, 420)에 의한 복원력에 의해 상기 수지부(200)는 제2동작을 통해 원상태로 복귀한다.

또한, 상기 수지부(200)의 각 마디(210, 220, 230) 사이에 고무재질의 완충부재(700)가 더 구비되어 로봇 핑거(A)의 작동 간에 발생하는 충격을 흡수할 수 있다.

한편, 도 3에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 예로 상기 와이어홈(210a, 220a, 230a)에는 상기 와이어(410)와 구름접촉하는 롤러(500)가 구비된다.

이때, 상기 롤러(500)는 다수 개로 구비되며, 상기 제1마디(210)와 제2마디(220)와 제3마디(230)에 각각 복수 개로 구비되는 것을 기본설정으로 한다.

이에 따라, 상기 복원부(400)의 단순하고 유연한 구성에 의해 로봇 핑거의 제2동작이 용이해지며, 상기 제1,2리턴스프링(306, 420)을 적용하여 복원안정성을 확보하였다.

더욱이, 상기 롤러(500)를 적용하여 상기 와이어(410)가 작동 간에 손상 및 파손되는 것을 방지하게 된다.

이하, 본 발명에 따른 로봇 핑거(A)의 동작을 설명한다.

먼저, 도 5의 (a)에 도시한 바와 같이, 상기 바디(100)에 형성된 샤프트홀(102)에 수용된 리턴스프링(306)의 탄성력에 의해 수지부(200)는 곧게 펴진 상태를 유지하게 된다.

이때, 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이, 상기 구동 모터(302)가 작동에 의해 구동 모터(302)가 회전하게 되고, 이에 따라, 와이어로 연동된 구동샤프트(304)가 후방으로 이동하게 된다.

그리고, 상기 제1마디(210)는 구동샤프트(304)와, 그라운드(110)와, 제1링크(310)의 힌지연결구조에 의해 내측 방향으로 회전한다.

또한, 상기 제1링크(310)가 구동되면 제1링크(310)와 연동된 제2링크(320)가 구동되고, 이에 따라 제2링크(320)와 연결된 제2마디(220)가 내측 방향으로 회전하게 된다.

이어서, 상기 제2링크(320)가 구동되면 제2링크(320)와 연동된 제3링크(330)가 구동되고 제3링크(330)와 연결된 제3마디(230)가 함께 내측 방향으로 회전하게 된다.

이렇게, 상기 구동모터(302)의 작동에 의해 구동샤프트(304)에 동력이 인가되면, 상기 제1,2,3링크(310, 320, 330)의 연결구조를 따라 상기 제1,2,3마디(210, 220, 230)의 구부러짐 동작이 이루어진다.

반대로, 상기 구동모터(302)에 인가된 전원이 차단되면 상기 구동샤프트(304)에 인가된 동력이 차단되어 상기 와이어(410)와, 제1리턴스프링(306)과, 제2리턴스프링(420)의 복원력에 의해 상기 제1,2,3마디(210, 220, 230)의 펴짐 동작이 이루어진다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 기술적 범위는 전술한 실시 예에 한정되지 않고 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 이때, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 고려해야 할 것이다.

A : 로봇 핑거 100 : 바디
102 : 샤프트홀 110 : 그라운드
112 : 제1관절구 200 : 수지부
210 : 제1마디 210a : 와이어홈
212 : 제2관절구 214 : 제3관절구
216 : 제1힌지홀 220 : 제2마디
220a : 와이어홈 222 : 제4관절구
226 : 제2힌지홀 230 : 제3마디
230a : 와이어홈 232 : 제6관절구
234 : 제3힌지홀 300 : 구동부
302 : 구동모터 304 : 구동샤프트
306 : 제1리턴스프링 310 : 제1링크
312 : 제1중심구 314a : 제1로드
314b : 제2로드 316 : 제1링크홀
318 : 제2링크홀 320 : 제2링크
322 : 제2중심구 324a : 제3로드
324b : 제4로드 326 : 제3링크홀
328 : 제4링크홀 330 : 제3링크
332 : 제3중심구 334 : 제5로드
336 : 제5링크홀 400 : 복원부
410 : 와이어 420 : 제2리턴스프링
500 : 롤러 600 : 힌지핀
700 : 완충부재

Claims

구동모터가 구비된 바디;
상기 바디에 구비되는 수지부;
상기 수지부가 바디에 결합되도록 구비되는 그라운드;
상기 수지부에 구비되는 구동부; 및
상기 수지부에 구비되는 복원부;를 포함하며,
상기 수지부는 구동부와 복원부의 작동에 의해 동작되는 것을 특징으로 하는 로봇 핑거.
제 1항에 있어서,
상기 수지부는 그라운드와 힌지결합하는 제1마디와, 상기 제1마디와 힌지결합하는 제2마디와, 상기 제2마디와 힌지결합하는 제3마디로 구분형성되는 것을 특징으로 하는 로봇 핑거.
제 2항에 있어서,
상기 수지부의 동작은,
상기 구동부에 의해 수지부가 내측으로 굽어지도록 작동하는 제1동작과, 상기 복원부에 의해 수지부가 외측으로 펴지도록 작동하는 제2동작으로 구분되는 것을 특징으로 하는 로봇 핑거.
제 2항에 있어서,
상기 구동부는,
상기 구동모터에 결합되는 구동샤프트와, 상기 제1마디에 결합되어 구동샤프트와 연결하도록 구비되는 제1링크와, 상기 제2마디에 결합되어 제1링크와 연결하도록 구비되는 제2링크 및 상기 제3마디에 결합되어 제2링크와 연결하도록 구비되는 제3링크를 포함하며, 상기 바디에 수용되어 구동샤프트가 복귀하도록 구비되는 제1리턴 스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 핑거.
제 2항에 있어서,
상기 복원부는,
상기 그라운드와 제3마디가 연결되는 와이어와, 상기 와이어와 그라운드 사이에 개재되어 상기 제3마디가 외측으로 펴지도록 복원력을 인가하는 제2리턴 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 핑거.
제 5항에 있어서,
상기 수지부의 제1,2,3마디에는 상기 와이어와 구름접촉하는 롤러가 구비되는 것을 특징으로 하는 로봇 핑거.
제 6항에 있어서,
상기 롤러는 각 마디에 다수개로 구비되는 것을 특징으로 하는 로봇 핑거.
제 2항에 있어서,
상기 수지부의 각 마디 사이에는 완충부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 로봇 핑거.