KR20160109376A

KR20160109376A - 공간 순응 손가락 모듈 및 이를 구비한 그리퍼

Info

Publication number: KR20160109376A
Application number: KR1020150033652A
Authority: KR
Inventors: 오용환; 김태욱
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2015-03-11
Filing date: 2015-03-11
Publication date: 2016-09-21
Also published as: WO2016144057A1; KR101731326B1

Abstract

손가락 모듈은 프레임과, 서로 다른 방향으로 연장되는 굽힘 회전축과 벌림 회전축을 기준으로 상기 프레임에 대해 두 방향으로 회전 가능한 손가락 구조체과, 상기 손가락 구조체를 동작시키기 위한 모터를 포함하고, 상기 손가락 구조체는 상기 굽힘 회전축을 기준으로 회전하는 굽힘 동작과 상기 벌림 회전축을 기준으로 회전하는 벌림 동작을 수행 가능하고, 상기 모터의 구동에 의해 굽힘 동작이 먼저 수행되고, 상기 굽힘 동작이 제한되면 상기 모터의 구동력에 의해 상기 벌림 동작이 수행되도록 구성된다. 그리퍼는 상기 손가락 모듈을 구비한다.

Description

공간 순응 손가락 모듈 및 이를 구비한 그리퍼{Spatial adaptive finger module and Gripper using the same}

본 발명은 손가락 모듈 및 이를 구비한 그리퍼에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공간상에 대한 손응 동작이 가능한 손가락 모듈과 이를 구비한 그리퍼에 관한 것이다.

과거 산업 분야에서 요구하는 작업은 비교적 간단한 시퀀스를 요구하는 작업이 대다수였다. 이러한 작업 환경에서 로봇은 단순한 구조만으로도 원하는 작업을 수행할 수 있었다.

하지만, 산업 분야가 다양화되어 서비스 및 의료용으로 로봇이 사용되면서 로봇의 구조 또한 다양화되고 있다.

로봇의 발전의 따라서 로봇의 팔의 말단에 구비되는 엔드 이펙터(end-effector)의 경우도 기능적으로 외형적으로 변화되고 있다.

더 다양하고 정교한 기능을 수행하기 위해 파지 동작을 수행할 수 있는 로봇 팔의 엔드 이펙터가 고안되고 있다.

파지 동작을 수행할 수 있는 형태로서 손가락 구조를 응용한 그리퍼가 사용되고 있다. 하지만, 종래의 그리퍼의 손가락 동작은 1차원 평면 상에 구속되어 있어, 파지 기능에 제한이 많다.

이를 보완하기 위하여 사람의 손의 구조를 그대로 모방한 의인화된 로봇 손이 개발되고 있다. 하지만, 의인화된 로봇 손의 경우 파지 동작을 하기 위해 너무 많은 구동기와 시스템이 필요하여 필요 이상으로 복잡하고 값이 비싸다.

이러한 종래의 그리퍼와 의인화된 로봇 손의 단점을 보완할 수 있는 형태의 엔드 이펙터가 요구되고 있다.

한국 특허등록 제10-1454779호

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 공간에 순응하여 동작하는 손가락 모듈을 그리퍼에 적용하여 그리퍼가 실제 물건을 잡을 때 최소한의 구동기로 최대한의 파지 형태를 만들 수 있는 엔드 이펙터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면 프레임과, 서로 다른 방향으로 연장되는 굽힘 회전축과 벌림 회전축을 기준으로 상기 프레임에 대해 두 방향으로 회전 가능한 손가락 구조체과, 상기 손가락 구조체를 동작시키기 위한 모터를 포함하고, 상기 손가락 구조체는 상기 굽힘 회전축을 기준으로 회전하는 굽힘 동작과 상기 벌림 회전축을 기준으로 회전하는 벌림 동작을 수행 가능하고, 상기 모터의 구동에 의해 굽힘 동작이 먼저 수행되고, 상기 굽힘 동작이 제한되면 상기 모터의 구동력에 의해 상기 벌림 동작이 수행되도록 구성된 손가락 모듈이 제공된다.

일 실시예에 따르면, 상기 손가락 구조체가 물체와 접촉되면 상기 벌림 동작과 상기 굽힘 동작이 동시에 수행되어, 상기 물체의 곡선 표면을 따라 상기 손가락 구조체가 이동하며 상기 물체와의 접촉 상태를 유지할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 손가락 모듈은, 상기 모터의 구동력을 전달받아 상기 손가락 구조체가 상기 굽힘 회전축과 상기 벌림 회전축을 기준으로 동시 회전되도록 하는 힘을 가하는 조인트 구조체와, 상기 손가락 구조체가 상기 벌림 회전축을 중심으로 회전하는 것을 구속하는 강성을 부여하는 벌림 강성 부여 장치를 더 포함하고, 상기 손가락 모듈이 물체에 접촉하고, 상기 모터가 상기 벌림 강성 부여 장치가 부여하는 강성을 극복할 수 있는 구동력을 제공하면 상기 손가락 구조체가 상기 벌림 회전축을 중심으로 회전한다.

일 실시예에 따르면, 상기 조인트 구조체는 복수의 구면 링크 회전축을 중심으로 회전 가능하게 연결된 복수의 링크를 포함하고, 상기 복수의 구면 링크 회전축이 하나의 교점에서 만나는 구면 링크 구조체이며, 상기 모터와 연결된 상기 조인트 구조체의 입력축은 상기 벌림 회전축과 일직선으로 배치된다.

일 실시예에 따르면, 상기 굽힘 회전축과 상기 벌림 회전축은 서로 직교한다.

일 실시예에 따르면, 상기 손가락 구조체는 일렬로 연결되는 복수의 마디를 포함하고, 상기 복수의 마디는 마디 회전축을 중심으로 상대 회전 가능하게 연결된다.

일 실시예에 따르면, 상기 손가락 구조체가 상기 굽힘 회전이 제한되지 않은 상태에서는 상기 복수의 마디 간의 상대 회전 없이 상기 손가락 구조체 전체가 상기 굽힘 회전축을 중심으로 회전하고, 상기 손가락 구조체의 마디 중 제1마디의 굽힘 동작이 제한되면, 상기 제1마디에 후속하여 연결되는 제2마디가 상기 제1마디와 상기 제2마디를 연결부에 형성되는 제1 마디 회전축을 중심으로 회전한다.

일 실시예에 따르면, 상기 벌림 동작은, 상기 손가락 구조체의 끝단에 마디의 회전 동작이 제한되면 수행될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 손가락 구조체는 상기 제1 마디 회전축을 중심으로 회전 가능하게 연결되는 크랭크, 제1크랭크 회전축을 중심으로 상기 크랭크에 대해 자유회전 가능하게 연결되고, 상기 모터의 구동력을 전달받아 상기 크랭크를 상기 제1 마디 회전축을 중심으로 회전시키기 위한 힘을 가하는 제1 마디 링크, 상기 크랭크가 상기 제1 마디에 대해 자유 회전하는 것을 구속하는 제1굽힘 강성 부여 장치를 포함하고, 제1마디 링크가 상기 크랭크를 상기 제1 마디 회전축을 중심으로 회전시키기 위한 힘을 가하면 상기 크랭크가 제1마디에 힘을 가해 상기 제1마디가 상기 굽힘 회전축을 중심으로 회전한다.

일 실시예에 따르면, 상기 손가락 구조체는 일단이 제2크랭크 회전축에서 상기 크랭크에 대해 자유 회전 가능하게 연결되고, 타단은 상기 제2마디에 힘을 가하도록 연결되는 제2마디 링크를 포함하고, 상기 제1마디가 상기 물체에 접촉하여 상기 제1마디의 굽힘 동작이 제한되면, 상기 크랭크가 상기 제1굽힘 강성 부여 장치가 부여하는 제1굽힘 강성을 극복하며 상기 제1 마디 회전축을 중심으로 회전하고, 상기 크랭크의 회전에 의해 상기 제2마디 링크가 상기 제2마디에 힘을 가해 상기 제2마디가 상기 제1 마디 회전축을 중심으로 상기 제1마디에 대해 회전한다.

본 발명이 다른 측면에 따르면, 베이스, 상기 베이스에 대해 고정되는 제1손가락 모듈을 포함하고, 상기 제1손가락 모듈은 상기의 손가락 모듈이며, 상기 제1손가락 모듈의 프레임은 상기 베이스에 고정되는 그리퍼가 제공된다.

일 실시예에 따르면, 그리퍼는 상기 베이스에 고정되는 제2손가락 모듈을 더 포함하고, 상기 제2손가락 모듈은 상기 제1손가락 모듈과 벌림 동작 방향이 반대 방향으로 이루어지도록 상기 제1손가락 모듈과 거울 대칭 구조로 형성된다.

일 실시예에 따르면, 상기 그리퍼는 상기 베이스에 고정되는 제3손가락 모듈을 더 포함하고, 상기 제3손가락 모듈은 상기 제2손가락 모듈과 굽힘 동작 방향이 반대 방향으로 이루어지도록 상기 제2손가락 모듈과 거울 대칭 구조로 형성된다.

일 실시예에 따르면, 상기 제3손가락 모듈은 벌림 동작이 이루어지지 않도록 벌림 회전축이 고정되어 있을 수 있다.

도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 손가락 모듈을 여러 각도에서 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 손가락 구조체의 구성 개념도이다.
도 7은 일 예에 따른 5절 구면 링크 구조체를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 조인트 구조체를 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 손가락 모듈의 구성 개념도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼의 사시도이다.
도 11은 도 10의 그리퍼의 제1손가락 모듈과 제2손가락 모듈의 벌림 동작을 나타내는 도면이다.
도 12는 도 10의 그리퍼의 제2손가락 모듈과 제3손가락 모듈의 굽힘 동작을 나타내는 도면이다.
도 13은 도 10의 그리퍼를 이용해 원통형 물체를 파지하는 모습을 도시한 것이다.
도 14는 도 10의 그리퍼를 이용해 구형 물체를 파지하는 모습을 도시한 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용은 제한되지 않는다.

도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 손가락 모듈(1)을 여러 각도에서 도시한 것이다.

도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 손가락 모듈(1)은 프레임(40)과, 프레임(40)에 고정되는 손가락 구조체(10), 모터 및 조인트 구조체(30)를 포함한다.

프레임(40)은 상단 프레임(41), 측단 프레임(42) 및 하단 프레임(43)으로 이루어져 대략 "ㄷ"자 모양으로 형성된다.

프레임(40)의 하단 프레임(43)에는 모터(20)가 삽입되어 있으며, 모터(20)는 측단 프레임(42)과 동일한 방향으로 연장되도록 고정된다.

프레임(40)의 측단 프레임(42)은 상단 프레임(41) 및 하단 프레임(43)의 일 단부에서 수직하게 연장되어, 상단 프레임(41)과 하단 프레임(43)에 연결되는 조인트 구조체(30)가 동작할 수 있는 동작 공간을 제공한다.

상단 프레임(41)의 중간에는 회전 연결체(120)가 결합된다. 회전 연결체(120)는 상단 프레임(41)의 상단에서 상단 프레임(41)의 길이 방향으로 연장되는 연결뭉치(121)와, 상단 프레임(41)과 수직하게 상단 프레임(41)을 관통하는 연결 샤프트(shaft)(122)를 포함한다.

연결 샤프트(122)는 벌림 조인트(114)에서 상단 프레임(41)에 대해 회전 가능하게 연결된다. 벌림 조인트(114)의 중심을 지나며 연결 샤프트(122)의 길이 방향으로 연장되는 벌림 회전축(axis)(S₁)(도 8 참조)이 정의되며, 회전 연결체(120)는 벌림 회전축(S₁)을 중심으로 상단 프레임(41)에 대해 회전 가능하다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 손가락 구조체(10)의 구성 개념도이다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 손가락 구조체(10)의 제1마디(101)의 일단에는 연결 뭉치(121)의 측방을 감싸도록 제1플랜지(161)가 형성되며, 조인트 구조체(30)의 제4 링크(34)가 제1플랜지(161)와 연결 뭉치(121)를 관통하여 두 부재를 연결시킨다.

제1마디(101)는 굽힘 조인트(111)에서 제4 링크(34)에 대해 자유 회전 가능하게 연결된다. 굽힘 조인트(111)의 중심을 지나며 제4 링크(34)의 길이 방향으로 연장되는 굽힘 회전축(S₅)(도 8 참조)이 정의되며, 제1마디(101)는 굽힘 회전축(S₅)을 중심으로 회전 연결체(120)에 대해 회전 가능하다.

회전 연결체(120)는 프레임(40)에 연결되어 있으므로, 제1마디(101)는 굽힘 회전축(S₅)을 중심으로 프레임(40)에 대해 회전 가능하다고 할 수 있다. 또한, 회전 연결체(120)가 벌림 회전축(S₁)을 중심으로 프레임(40)에 대해 회전하는 경우, 제1마디(101) 역시 벌림 회전축(S₁)을 중심으로 프레임(40)에 대해 회전한다.

제1마디(101)의 타단에는 제2플랜지(162)가 형성되어 있으며, 두 개의 제2플랜지(162)를 지나도록 제1 마디 샤프트(135)가 형성된다. 제1 마디 샤프트(135)는 제1 마디 조인트(112)에서 제1 마디(101)에 대해 고정 연결된다.

제1마디(101)와 일렬로 연결되는 제2마디(102)의 일단에는 제2플랜지(162)의 안쪽으로 연장되는 제3플랜지(163)가 형성되어 있으며, 제3플랜지(163)는 제1 마디 샤프트(135)에 대해 자유 회전 가능하게 연결된다.

제1 마디 조인트(112)의 중심을 지나며 제1 마디 샤프트(135)의 길이 방향으로 연장되는 제1 마디 회전축(S₆)이 정의되며, 제2마디(102)는 제1 마디 회전축(S₆)을 중심으로 제1마디(101)에 대해 회전 가능하다.

제2마디(102)의 타단에는 제4플랜지(164)가 형성되어 있으며, 두 개의 제4플랜지(164)를 지나도록 제2 마디 샤프트(136)가 형성된다. 제2 마디 샤프트(136)는 제2 마디 조인트(113)에서 제2 마디(102)에 대해 고정 연결된다.

제2마디(102)와 일렬로 연결되는 제3마디(103)의 일단에는 제4플랜지(164)의 안쪽으로 연장되는 제5플랜지(165)가 형성되어 있으며, 제5플랜지(165)는 제2 마디 샤프트(136)에 대해 자유 회전 가능하게 연결된다.

제2 마디 조인트(113)의 중심을 지나며 제2 마디 샤프트(136)의 길이 방향으로 연장되는 제2 마디 회전축(S₇)이 정의되며, 제3마디(103)는 제2 마디 회전축(S₇)을 중심으로 제2마디(102)에 대해 회전 가능하다.

제1마디(101) 내지 제3마디(103)의 상단부에는 평평하게 형성되는 파지면(104, 105, 106)이 형성되며, 각각의 파지면(104, 105, 106)은 제1마디(101) 내지 제3마디(103)이 일자로 펴지는 경우 동일 평면을 이루도록 배치된다.

제1마디(101) 내지 제3마디(103)는 하단부에 연결되는 복수의 마디 링크와 크랭크에 의해 동작하여, 관련된 회전축에 대해 하단에서 상단으로 향해 회전 운동하여 파지 동작을 수행한다.

도시된 바와 같이, 제1 마디 샤프트(135)에는 대략 삼각형 형태의 크랭크(142)의 일 모서리 부가 연결된다. 크랭크(142)와 제1 마디 샤프트(135) 사이에는 제1굽힘 강성 부여 장치로서 제2토션 스프링(132)이 연결된다.

크랭크(142)는 제1 마디 샤프트(135)에 대해 자유 회전 가능하게 연결되지만, 제2토션 스프링(132)이 제공하는 강성(stiffness)에 의해 자유 회전이 구속되어 있다.

토션 스프링이 제공하는 강성은, 토션 스프링이 탄성 변형하지 않고 모양을 유지할 수 있는 힘을 말한다.

크랭크(142)에 제2토션 스프링(132)이 제공하는 강성을 넘는 힘이 가해지면, 크랭크(142)가 제1 마디 회전축(S₆)을 중심으로 제1 마디 샤프트(135)에 대해 회전할 수 있다.

크랭크(142)의 삼각형 모서리 중 다른 모서리에 해당하는 제1 크랭크 조인트(152)에는 제1마디 링크(141)의 일단이 연결된다.

제1 크랭크 조인트(152)의 중심에는 제1 마디 회전축(S₆)과 평행하게 연장되는 제1 크랭크 회전축(S₉)이 정의되며, 제1마디 링크(141)는 제1 크랭크 회전축(S₉)을 중심으로 크랭크(142)에 대해 자유 회전 가능하다.

제1 마디 링크(141)의 타단은 조인트 구조체(30)의 제3 링크(33)의 단부와 제1 마디 링크 조인트(151)에서 연결된다. 제1 마디 링크 조인트(151)의 중심에는 제1 마디 회전축(S₆)과 평행하게 연장되는 제1 마디 링크 회전축(S₈)이 정의되며, 제1마디 링크(141)는 제1 마디 링크 회전축(S₈)을 중심으로 제3 링크(33)에 대해 자유 회전 가능하다.

크랭크(142)의 삼각형 모서리 중 또 다른 모서리에 해당하는 제2 크랭크 조인트(153)에는 제2마디 링크(142)의 일단이 연결된다.

제2 크랭크 조인트(153)의 중심에는 제1 마디 회전축(S₆)과 평행하게 연장되는 제2 크랭크 회전축(S₁₀)이 정의되며, 제2마디 링크(142)는 제2 크랭크 회전축(S₁₀)을 중심으로 크랭크(142)에 대해 자유 회전 가능하다.

제2마디 링크(143)의 타단은 제3 마디(103)의 배면에 형성되는 제2 마디 링크 조인트(154)에 회전 가능하게 연결된다.

제2 마디 링크 조인트(154)의 중심에는 제1 마디 회전축(S₆)과 평행하게 연장되는 제2 마디 링크 회전축(S₁₁)이 정의되며, 제2마디 링크(142)는 제2 마디 링크 회전축(S₁₁)을 중심으로 제3 마디(103)에 대해 자유 회전 가능하다.

도시된 바와 같이, 제2 마디 샤프트(136)에는 제2굽힘 강성 부여 장치로서 제3토션 스프링(133)이 연결된다.

제3 마디(103)는 제2 마디 샤프트(136)에 대해 자유 회전 가능하게 연결되지만, 제3토션 스프링(133)이 제공하는 강성에 의해 자유 회전이 구속되어 있다.

제3 마디(103)에 제3토션 스프링(133)이 제공하는 강성을 넘는 힘이 가해지면, 제3 마디(103)가 제2 마디 회전축(S₇)을 중심으로 제2 마디(102)에 대해 회전할 수 있다.

도 6을 참조하면, 제3 링크(33)가 굽힘 회전축(S₅)을 중심으로 반시계 방향으로 회전하면, 제1 마디 링크(141)가 도면의 우측으로 이동하면서 크랭크(142)를 민다.

이때, 제2토션 스프링(132)에 의해 크랭크(142)의 제1마디 회전축(S₆)에 대한 자유 회전이 구속되어 있는 상태이므로, 크랭크(142)의 제1 마디(101)에 대한 상대 운동은 발생하지 않게 된다. 제1 마디 링크(141)가 크랭크(142)를 밀게 되면, 크랭크(142)가 제2 마디 링크(143)을 밀고, 제2 마디 링크(143)는 제3 마디(103)에 힘을 가한다.

제3토션 스프링(133)에 의해 제3 마디(103)의 제2마디 회전축(S₇)에 대한 자유 회전이 구속되어 있는 상태이므로, 제3 마디(103)의 제2 마디(102)에 대한 상대 운동은 발생하지 않게 된다.

제1 마디 링크(141)가 제3 마디(103)에 가하는 힘은 그대로 제2 마디(102)에도 가해진다.

풀어서 설명하였지만, 본 실시예에 따른 손가락 구조체(10)는 제2토션 스프링(132) 및 제3 토션 스프링(133)의 강성에 의한 구속력에 의해 구성 간의 상대 회전이 발생하지 않도록 링크들이 서로 구속되어 일체로 움직이는 상태에 놓여 있다.

따라서, 제3 링크(33)가 굽힘 회전축(S₅)을 중심으로 반시계 방향으로 회전하면, 마디(101, 102, 103)가 일자로 펼쳐진 상태로 손가락 구조체(10) 전체가 굽힘 회전축(S₅)을 중심으로 반시계 방향으로 회전하게 된다(도 11 참조).

이러한 굽힘 동작에 의해 바늘과 같은 작고 가는 물체를 제일 끝단의 제3 마디(103)로 집는 소위 "핀치 그립(pinch grip)" 동작이 가능하다.

하지만, 본 실시예에 따른 손가락 구조체(10)의 굽힘 동작은 마디(101, 102, 103)가 일자로 펼쳐진 상태로 행해지는 것에 한정되지 않는다.

마디(101, 102, 103) 간이 상대 회전에 의해 사람의 손가락과 매우 흡사한 굽힘 동작이 가능하다.

손가락 구조체(10) 전체가 굽힘 회전축(S₅)을 중심으로 반시계 방향으로 회전하는 도중에, 제1 마디(101)가 파지하고자하는 물체와 접촉하거나 구조체(10)가 허용하는 회전 한계치에 다다르면, 제1 마디(101)는 더 이상 회전하지 못하고 움직임이 구속된다.

이때, 제3 링크(33)가 제2토션 스프링(132)의 토션 이상의 회전력을 가지고 반시계 방향으로 계속 회전하면, 제1 마디 링크(141)가 크랭크(142)를 미는 힘에 의해 크랭크(142)가 제2토션 스프링(132)의 강성을 이기며 제1 마디 회전축(S₆)을 중심으로 회전하게 된다.

이에 따라 크랭크(142)는 제2 마디 링크(143)을 우측으로 밀게 되고, 제2 마디 링크(143)는 제3 마디(103)에 힘을 가한다.

이와 같은 동작에 의해, 제1 마디(101)의 회전이 구속된 상태에서, 제2 마디(102)가 제1 마디(101)에 대해 반시계 방향으로 회전하게 된다. 이때, 제3 마디(103)는 제2 마디(102)와 일자로 배치된 상태를 유지하며 제2 마디(102)와 함께 움직인다.

제2 마디(102) 역시 물체와 접촉하거나 허용된 회전 한계치에 다다르면, 제2 마디(102)도 더 이상 회전하지 못하고 움직임이 구속된다.

이때, 제3 링크(33)가 제2토션 스프링(132) 및 제3토션 스프링(133)이 제공하는 강성의 합력 이상의 회전력을 가지고 반시계 방향으로 계속 회전하면, 제1 마디 링크(141)가 크랭크(142)를 미는 힘에 의해 크랭크(142)가 제2토션 스프링(132)의 강성을 이기며 제1 마디 회전축(S₆)을 중심으로 회전하게 되고, 제2 마디 링크(143)을 우측으로 밀어 제3 마디(103)에 힘을 가한다.

제2마디 링크(143)가 미는 힘에 의해 제3 마디(103)는 제3토션 스프링(133)의 강성을 이기며 제2마디 회전축(S₇)을 중심으로 회전하게 된다. 이러한 제3 마디(103)의 회전은 제3 마디(103)가 물체에 접촉하거나 허용된 한계치에 다다를 때까지 이루어진다.

이와 같이, 제3링크를 굽힘 회전축(S₅)을 중심으로 회전시키기만 하면, 제1마디(101) 내지 제3 마디(103)가 상대적인 회전을 하여 순차적으로 물체를 감싸 파지하는 소위 "파워 그립(power grip)" 또는 마디들을 회전 한계까지 최대한 회전시켜 갈고리 모양을 형성해 물체를 걸어 지지하는 "후크 그립(Hook grip)"도 가능하다.

한편, 본 실시예에 따른 손가락 모듈(1)의 손가락 구조체(10)는 상술한 굽힘 회전축(S₅)을 기준으로 하는 굽힘 동작 외에도 벌림 회전축(S₁)을 기준으로 회전하는 벌림 동작을 수행할 수 있다.

이러한 굽힘 동작 및/또는 벌림 동작은 모두 하나의 모터(20)에 의해 이루어지며, 이를 위해 본 실시예에 따른 손가락 모듈(1)은 5절 구면 링크 구조체로 이루어지는 조인트 구조체(30)를 구비한다.

구면 링크 구조체는 평면 링크 메커니즘과 달리 평면이 아닌 구면을 따라 링크들이 움직이는 것이 가장 큰 특징이다. 따라서, 링크의 크기를 결정하는 것이 링크의 길이가 아닌 링크의 대원 상의 각도에 의해서 결정된다. 이러한 구면 링크 구조체는 구비되는 회전축이 모두 한점("중심점")에서 만나는 것이 특징이다.

구면 링크 구조체가 5절 링크가 되면 평면 5절 링크와 마찬가지로 2 자유도의 메커니즘이 된다.

다만, 5절의 구면 링크 구조체는 3개의 회전 동작으로 그 동작이 이루어지므로, 실제 사람 손가락의 말단 마디와 같이 2 축에 대해 움직이게 할 수 있으며, 그 중 하나의 모션을 스프링으로 제어하면 파지하고 하는 물체의 크기와 형태에 따라 변형 가능한 모션을 형성할 수 있다.

도 7은 일 실시예에 따른 5절 구면 링크 구조체를 도시한 것이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 5절 구면 링크 구조체의 제1링크(31')는 모터의 회전에 의해 회전축(S₂)을 중심으로 회전하도록 구성되고, 나머지 링크는 연관된 회전축을 기준으로 자유 회전하도록 구성된다. 구면 링크 구조체의 회전축(S₁ 내지 S₅)는 한 점에서 만나도록 형성된다.

본 실시예에 따르면, 회전축(S₂)은 모터(20)의 입력축이 되고, 회전축(S₁)은 벌림 회전축이 되며, 회전축(S₅)가 굽힘 회전축이 된다.

제1링크(31')가 회전축(S₂)을 회전하면, 제1링크(31')와 연관된 다른 회전축(S₃)의 위치가 변화한다. 이에 따라서, 각각의 링크는 모든 회전축이 중심점에서 만나야 하는 조건을 만족시키기 위해 연관된 회전축을 중심으로 회전하게 된다.

본 실시예에 따르면, 물체의 형태에 순응하여, 손가락 구조체(10)의 굽힘 동작 및/또는 벌림 동작이 이루어질 수 있도록, 필요에 따라 제4링크(34')의 회전축(S₁)에 대한 회전을 구속 또는 해제한다.

제4링크(34')의 회전축(S₁)에 대한 회전이 구속되면 회전축(S₅)을 기준으로 한 굽힘 동작만이 이루어지고, 제4링크(34')의 회전축(S₁)에 대한 회전 구속이 해제되면 회전축(S₅)을 기준으로 한 굽힘 동작과 회전축(S₁)을 기준으로 한 벌림 동작이 동시에 일어난다.

또한, 제4링크(34')의 회전축(S₁)에 대한 회전 구속이 해제되고, 제3링크(33')의 회전축(S₅)에 대한 회전이 구속되면, 회전축(S₁)을 기준으로 한 벌림 동작만이 일어날 수 있다.

이러한 구성의 5절 구면 링크 구조체를 형성하기 위해서는 회전축이 이루는 각도를 설계해야 한다.

본 실시예에 따르면, 사람 손가락과 유사한 형태의 동작을 수행하는 손가락 모듈(1)을 형성하기 위해, α₁₂= 0°, α₅₁= 90°로 설정하여, 벌림 회전축(S₁)과 모터의 회전축(S₂)의 각도를 0°하고, 굽힘 회전축(S₅)과 벌림 회전축(S₁)의 각도를 90°로 하였다.

도 8은 본 실시예에 따른 조인트 구조체(30)를 도시한 것이다. 도 8에서는 구면 조인트 구조인 조인트 구조체(30)의 구조를 설명하기 위해, 제3링크(33)를 부분적으로만 도시하였다.

도 2에 가장 잘 도시된 바와 같이, 제3링크(33)는 제4구면 링크 조인트(314)에서 제3구면 링크 조인트(313)까지 연장되는 구면 링크부(331)와, 제3구면 링크 조인트(313)에서 제1마디 링크 조인트(151)까지 연장되는 마디 링크부(332)를 포함한다. 도 8에서는 제3링크(33)의 구면 링크부만이 도시되었다.

도 6에 도시된 바와 같이, 굽힘 회전축(S₅)을 기준으로 한 제3링크(33)의 회전각(θ₅)을 조인트 구조체(30)의 출력값으로 했을 때, 회전각(θ₅)이 최대가 되도록 회전축 사이의 각도를 계산하였다.

이때, 사람의 손가락을 모델로 하였을 때, 손가락 구조체(10)의 각 링크의 길이는 하기 [표 1]과 같이 정하였다.

링크	l₁	l₂	l₃	l₄	l₅	l₆	l₇	l₈	l₉	l₁₀
길이 (mm)	57	28	54	15	38	15	22	38	9	35

손가락 모듈(1)의 비선형 제한 조간, 경계 조건 등을 이용해 패턴 서치 방법을 사용하여 최적화하여 얻은 결과는 하기 [표 2]와 같다.

α₂₃	α₃₄	α₄₅
49°	63°	38.94°

도 1 내지 도 5 및 도 8을 참조하면, 모터(20)는 그 축이 조인트 구조체(30)의 입력축인 제1구면 링크 회전축(S₂) 방향으로 연장되도록 제1링크(31)와 제1 구면 링크 조인트(311)에서 연결된다.

제1링크(31)의 타단은 제2링크(32)와 제2구면 링크 조인트(312)에서 회전 가능하게 연결된다. 제2구면 링크 회전축(S₃)은 제2구면 링크 조인트(312)의 중심을 지나도록 연장되며 제1구면 링크 회전축(S₂)과 중심점에서 만난다.

제2링크(32)의 타단은 제3링크(33)의 중간에 형성된 제3구면 링크 조인트(313)에서 제3링크(33)와 회전 가능하게 연결된다. 제3구면 링크 회전축(S₄)은 제3구면 링크 조인트(313)의 중심을 지나도록 연장되며 제1구면 링크 회전축(S₂) 및 제2구면 링크 회전축(S₃)과 중심점에서 만난다.

제3구면 링크 조인트(313)에서부터 연장된 제3링크(33)의 구면 링크부(331)는 제4구면 링크 조인트(314)까지 연장되어 제4링크(34)와 회전 가능하게 연결된다.

제4구면 링크 조인트(314)는 굽힘 회전축(S₅)을 정의하는 굽힘 조인트(111)와 동심으로 이루어진다.

굽힘 회전축(S₅)은 제1구면 링크 회전축(S₂), 제2구면 링크 회전축(S₃) 및 제3구면 링크 회전축(S₄)과 한 점에서 만난다.

제4링크(34)는 회전 연결체(120)의 회전 뭉치(121)에 회전 불가하게 삽입되어도 좋고, 회전 가능하게 연결되어도 좋다. 본 실시예에 따르면, 회전 뭉치(121)를 큰 의미에서 조인트 구조체(30)의 제4링크로 볼 수 있다.

굽힘 회전축(S₅)은 회전 연결체(120)의 연결 샤프트(122)에 의해 정의되는 벌림 회전축(S₁)과 수직을 이루고, 제1구면 링크 회전축(S₂)과 동일 축을 형성한다.

따라서, 벌림 회전축(S₁)은 제1구면 링크 회전축(S₂), 제2구면 링크 회전축(S₃), 제3구면 링크 회전축(S₄) 및 굽힘 회전축(S₅)과 한 점에서 만난다.

도 2에 가장 잘 도시된 바와 같이, 벌림 회전축(S₁)을 형성하는 연결 샤프트(122)에는 벌림 강성 부여 장치로서 제1토션 스프링(131)이 연결된다.

연결 샤프트(122)는 프레임(40)에 대해 자유 회전 가능하게 연결되지만, 제1토션 스프링(131)이 제공하는 강성에 의해 자유 회전이 구속되어 있다.

회전 연결체(120)에 제1토션 스프링(131)이 제공하는 강성을 넘는 힘이 가해지지 않으면, 회전 연결체(120)는 벌림 회전축(S₁)을 중심으로 회전하지 못하고 고정된 상태가 된다. 회전 연결체(120)에 제1토션 스프링(131)이 제공하는 강성 이상의 힘이 가해지면, 회전 연결체(120)는 벌림 회전축(S₁)을 중심으로 회전하여 벌림 동작이 이루어진다.

도 9는 본 실시예에 따른 손가락 모듈(1)의 구성 개념도이다.

모터(20)가 회전하여 제1링크(31)가 제1구면 링크 회전축(S₂)을 중심으로 회전하면, 제1링크(31)에 연관된 제2구면 링크 회전축(S₃)의 위치가 변화하게 된다.

조인트 구조체(30)는 그 구성 링크들이 형성하는 회전축이 항상 중심점에서 만나도록 동작하므로, 제2구면 링크 회전축(S₃)과 제3구면 링크 회전축(S₄)이 한점에 만날 수 있도록 제2링크(31)가 중심점을 중심으로 회전하게 된다.

이에 의해 제3구면 링크 회전축(S₄)의 위치가 변화하게 되고, 제3구면 링크 회전축(S₄)과 굽힘 회전축(S₅)이 한점에 만날 수 있도록 제3링크(33)가 중심점을 중심으로 회전하게 된다.

이때, 굽힘 회전축(S₅)을 정의하는 제4구면 링크 조인트(314)는 프레임(40)에 구속된 제4링크(34)에 고정되어 그 높이가 고정된 상태이므로, 제3링크(33)는 굽힘 회전축(S₅)을 중심으로 회전하게 된다.

이러한 제3링크(33)의 회전은 상술한 바와 같이 손가락 구조체(10)의 굽힘 동작을 유발한다.

구면 링크 조인트의 구조적 특징으로 인해, 제1토션 스프링(131)에 의한 구속이 없다면, 제4링크(34)는 벌림 회전축(S₁)을 중심으로 회전하게 된다.

제4링크(34)가 회전하면 회전 연결체(120)가 프레임(40)에 대해 회전하면서 손가락 구조체(10) 전체가 벌림 회전축(S₁)을 중심으로 회전하여 벌림 동작이 이루어진다.

즉, 2 자유도 동작을 생성하는 5절의 구면 링크 구조체인 조인트 구조체(30)에 의해 하나의 모터(20)의 회전에 의해 굽힘 동작과 벌림 동작이 동시에 이루어질 수 있는 것이다.

다만, 손가락 구조체(10)가 언제나 굽힘 동작과 벌림 동작을 함께 수행된다면 파지할 수 있는 대상이 제한될 것이며, 그 파지력 또한 높지 않게 된다.

따라서, 본 실시예에 따른 손가락 모듈(1)은 제1토션 스프링(131)의 작용으로 모터(20)의 구동에 의해 굽힘 동작이 먼저 수행되도록 유도되고, 굽힘 동작이 제지되면 벌림 동작이 수행될 수 있도록 구성된다.

좀더 구체적으로 설명하면, 제1토션 스프링(131)의 강성에 의해 제4링크(34)의 벌림 회전축(S₁)에 대한 자유 회전을 구속되어 있다.

따라서, 제4링크(34)는 제4링크(34)의 벌림 회전축(S₁)에 대해 고정된 상태가 되어, 제3링크(33)가 굽힘 회전축(S₅)을 중심으로 한 회전에 의한 손가락 구조체(10)의 굽힘 동작만이 이루어진다.

하지만, 손가락 구조체(10)가 물체와 접촉하거나 허용된 굽힘 회전 한계치에 다다라 굽힘 동작이 제한되면, 제3링크(33)가 더 이상 굽힘 회전축(S₅)을 중심으로 회전하지 못한다.

손가락 구조체(10)의 굽힘 운동이 제한되는 경우는, 제1마디(101) 내지 제3마디(103)가 순차적으로 회전하면서 물체와 접촉한 경우뿐 아니라, 핀치 그립 등을 통해 제3마디(103)의 굽힘 동작이 제한된 경우도 있을 수 있다.

손가락 구조체(10)의 구조상, 제3마디(103)의 굽힘 동작이 제한되지 않으면, 손가락 구조체(10)의 굽힘 동작이 완전히 제한된 것이 아니며, 제3마디(103)의 굽힘 동작이 제한되면 다른 제1마디와 제2마디의 굽힘 동작도 함께 제한되어 손가락 구조체(10)의 굽힘 동작이 제한된다.

제3링크(33)의 움직임이 구속되면, 제1링크(31) 및 제2링크(32)의 움직임 역시 구속된다.

이 상태에서 제1토션 스프링(131)이 탄성 변형하지 않을 정도의 크기로 모터(20)가 회전력을 높이면, 그 힘이 제3링크(33)를 통해 손가락 구조체(10)로 전달되어 손가락 구조체(10)의 그립력(grip force)(즉, 손가락 구조체(10)가 물체에 가하는 압력)이 증가한다.

모터(20)의 회전력이 제1토션 스프링(131)의 강성을 이기도록 높아지면, 제1토션 스프링(131)의 탄성 변형이 이루어지면, 제4링크(34)가 제1토션 스프링(131)의 강성을 극복하며 굽힘 회전축(S₅)에 대한 회전하게 된다.

제4링크(34)가 굽힘 회전축(S₅)에 대해 회전하게 되면, 회전 연결체(120)가 굽힘 회전축(S₅)에 대해 회전하면서 그에 연결된 손가락 구조체(10)가 벌림 동작을 하게 된다.

만약, 손가락 구조체(10)가 벽과 같은 평평한 면을 밀고 있어, 손가락 구조체(10)의 굽힘 동작이 불가한 상태라면, 벌림 동작만이 이루어진다(도 11 참조).

다만, 손가락 구조체(10)가 공과 같은 구형체의 곡선 표면에 접촉한 상태라면, 벌림 동작이 이루어지면 굽힘 동작을 위한 공간이 확보되므로, 굽힘 동작과 벌림 동작이 동시에 이루어지면서 물체의 곡선 표면을 따라 손가락 구조체가 이동하면서 물체와의 접촉 상태를 유지할 수 있게 된다(도 14 참조).

본 실시예에 따른 손가락 모듈(1)은 하나의 모터(20)에 의해 복수의 관절로 이루어진 다자유도의 손가락 구조체를 제어하는 부족 구동 손가락 모듈이다. 부족 구동 모듈의 제어를 위해 제1 내지 제3토션 스프링이 이용되었다.

제2토션 스프링(132) 및 제3토션 스프링(133)은 손가락 구조체(10)의 자중을 이길 수 있을 정도의 강성을 가지도록 스프링 상수가 결정되면 족하다.

다만, 제1토션 스프링(131)의 강성은 손가락 구조체(10)의 파지력에 관계된다. 제1토션 스프링(131)가 탄성 변형되지 않으면 벌림 동작이 이루어지지 않으므로, 제1토션 스프링(131)의 강성이 클수록 손가락 구조체(10)의 굽힘 동작에 따른 파지력은 커진다.

다만, 제1토션 스프링(131)의 강성이 모터(20)의 출력이 이길 수 없을 정도로 큰 경우, 벌림 동작이 불가하므로 모터(20)의 최대 출력에는 미치지 않도록 하여야 할 것이다.

손가락 모듈(1)의 기구학적 관계를 이용해 모터(20)의 회전력이 손가락 구조체(10)의 각 부분에 전달하는 토크를 계산할 수 있으므로, 제1 내지 제3토션 스프링의 강성에 대응하는 모터 제어를 통해 부드럽고 정교한 파지 동작 제어가 가능할 것이다.

본 실시예에 따른 손가락 모듈(1)을 이용해 그리퍼(500)를 형성할 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼(500)의 사시도이다.

그리퍼(500)는 넓은 판 형태의 베이스(base)(511)와 베이스로부터 수직하게 연장되는 고정 샤프트(512), 고정 샤프트(512)의 상단에 결합되는 "ㄷ"자 형태의 고정 프레임을 포함한다.

고정 프레임은 서로 이격되어 수직하게 연장되는 측면 프레임(514, 515)과,두 측면 프레임(514, 515)을 가로지르도록 배치되는 손바닥 프레임(516)을 포함한다.

일 측의 측면 프레임(514)에는 상술한 실시예에 해당하는 손가락 모듈(제1손가락 모듈(1))의 프레임(40)이 고정된다.

손바닥 프레임(516)은 제1손가락 모듈(1)의 모터(20)의 축 방향과 수직하게 배치되어 있다.

타 측의 측면 프레임(514)에는 각각 제2손가락 모듈(1')과 제3손가락 모듈(1")이 결합되어 있다. 제2손가락 모듈(1')과 제3손가락 모듈(1")의 프레임(40', 40")이 측면 프레임(514)에 결합된다.

제2손가락 모듈(1')은 제1손가락 모듈(1)과 구성이 동일하지만, 제1손가락 모듈(1)의 손가락 구조체(10)의 길이방향으로 놓인 거울에 제1손가락 모듈(1)을 비쳐 보았을 때 거울에 반영된 것과 같은 거울 대칭 구조를 가진다.

도 11은 제1손가락 모듈(1)과 제2손가락 모듈(1')의 벌림 동작 방향을 나타내는 도면이다.

도 11은 그리퍼(500)가 손가락 모듈을 벽에 붙이고 벽(미도시)을 미는 동작을 수행하는 경우를 도시한 것이다.

제1손가락 모듈(1)과 제2손가락 모듈(1')을 벽에 밀착한 상태에서는 두 손가락 모듈의 손가락 구조체들은 굽힘 동작을 할 수 없는 상태가 된다.

제1손가락 모듈(1)의 모터(20)와 제2손가락 모듈(1')의 모터(20')를 서로 반대 방향으로 회전시키면, 제1손가락 모듈(1)은 우측으로 제2손가락 모듈(1")은 좌측으로 벌림 동작이 이루어지면서, 그리퍼(500)의 손가락 모듈이 벌어지는 상태가 된다. 이를 통해, 벽에 대한 그리퍼(500)의 접촉 영역을 확장시킬 수 있다.

손가락 모듈이 양 쪽으로 벌어진 상태에서 그리퍼(500)를 전진시켜 벽을 밀면 더 안정적인 힘 전달이 가능하다.

제3손가락 모듈(1")은 제2손가락 모듈(1')의 손가락 구조체의 길이방향과 수직한 방향으로 놓인 거울에 제2손가락 모듈(1')을 비쳐 보았을 때 거울에 반영된 것과 같은 거울 대칭 구조를 가진다.

다만, 본 실시예에 따르면, 제3손가락 모듈(1")은 벌림 동작이 이루어지지 않도록 연결 샤프트가 프레임에 고정되어 있다. 즉, 제3손가락 모듈(1")은 굽힘 동작만이 가능하다.

도 12는 그리퍼(500)를 이용해 핀치 동작을 수행하는 모습을 도시한 것이다.

도 12에 도시된 바와 같이, 제2손가락 모듈(1')과 제3손가락 모듈(1")은 벌림 동작이 반대 방향으로 이루어지도록 하여, 말단의 제3마디가 서로 접촉할 수 있도록 구성된다.

본 실시예에 따른 그리퍼(500)는 반대방향으로 벌림 동작을 수행하는 제1손가락 모듈(1)과 제2손가락 모듈(1')을 구비하여, 다양한 물체에 대한 안정적인 파지 동작을 수행할 수 있다.

도 13은 원통형 물체(M)에 대한 파지 동작을 수행하는 모습을 도시한 것이다.

제1 내지 제3손가락 모듈(1, 1', 1")의 각 모터를 구동시켜, 각 손가락 모듈을 동시에 굽힘 동작 시킨다(도 13(a)).

제1 내지 제3손가락 모듈(1, 1', 1")가 물체(M)에 접촉하면 각 손가락 모듈의 손가락 구조체의 굽힘 동작이 제지된다(도 13(b)).

이 상태에서, 제1 및 제2손가락 모듈(1, 1')의 모터 출력을 각 손가락 모듈이 제1토션 스프링의 강성을 극복할 정도로 발생시키면, 제1 및 제2손가락 모듈(1, 1')가 반대 방향으로 벌림 동작을 한다.

이러한 동작은 비교적 길이가 긴 원통형 물체(M)를 안정적으로 파지할 때 유용하며, 얇은 원통형 물체를 후크 그립으로 걸어 지지할 때도 손가락 모듈 사이의 거리를 벌려 더 안정적으로 파지를 할 수 있게 해준다.

도 14는 구형 물체(M')에 대한 파지 동작을 수행하는 모습을 도시한 것이다.

제1 내지 제3손가락 모듈(1, 1', 1")의 각 모터를 구동시켜, 각 손가락 모듈을 동시에 굽힘 동작 시킨다.

제1 내지 제3손가락 모듈(1, 1', 1")이 물체(M')에 접촉하면 각 손가락 모듈의 손가락 구조체의 굽힘 동작이 제지된다(도 14(a)).

이때, 구형 물체(M')의 표면 곡선에 의해 제1 및 제2손가락 모듈(1, 1')의 손가락 구조체가 굽힘 동작을 할 수 있는 공간이 확보되면서, 벌림 동작과 동시에 굽힘 동작이 일어나게 된다(도 14(b)).

따라서, 그리퍼(500)의 두 손가락 모듈(1, 1')의 손가락 구조체(10, 10')가 물체(M')와 접촉 상태를 유지하며 곡선 표면에 순응하여 이동하여, 안정적인 그립이 가능해진다.

Claims

프레임;
서로 다른 방향으로 연장되는 굽힘 회전축과 벌림 회전축을 기준으로 상기 프레임에 대해 두 방향으로 회전 가능한 손가락 구조체;
상기 손가락 구조체를 동작시키기 위한 모터를 포함하고,
상기 손가락 구조체는 상기 굽힘 회전축을 기준으로 회전하는 굽힘 동작과, 상기 벌림 회전축을 기준으로 회전하는 벌림 동작을 수행 가능하고,
상기 모터의 구동에 의해 굽힘 동작이 먼저 수행되고, 상기 굽힘 동작이 제한되면 상기 모터의 구동력에 의해 상기 벌림 동작이 수행되도록 구성된 것을 특징으로 하는 손가락 모듈.
제1항에 있어서,
상기 손가락 구조체가 물체와 접촉되면 상기 벌림 동작과 상기 굽힘 동작이 동시에 수행되어,
상기 물체의 곡선 표면을 따라 상기 손가락 구조체가 이동하며 상기 물체와의 접촉 상태를 유지할 수 있는 것을 특징으로 하는 손가락 모듈.
제1항에 있어서,
상기 모터의 구동력을 전달받아 상기 손가락 구조체가 상기 굽힘 회전축과 상기 벌림 회전축을 기준으로 동시 회전되도록 하는 힘을 가하는 조인트 구조체;
상기 손가락 구조체가 상기 벌림 회전축을 중심으로 회전하는 것을 구속하는 강성을 부여하는 벌림 강성 부여 장치를 더 포함하고,
상기 손가락 모듈이 물체에 접촉하고, 상기 모터가 상기 벌림 강성 부여 장치가 부여하는 강성을 극복할 수 있는 구동력을 제공하면 상기 손가락 구조체가 상기 벌림 회전축을 중심으로 회전하는 것을 특징으로 하는 손가락 모듈.
제3항에 있어서,
상기 조인트 구조체는,
복수의 구면 링크 회전축을 중심으로 회전 가능하게 연결된 복수의 링크를 포함하고,
상기 복수의 구면 링크 회전축이 하나의 교점에서 만나는 구면 링크 구조체이며,
상기 모터와 연결된 상기 조인트 구조체의 입력축은 상기 벌림 회전축과 일직선으로 배치되는 것을 특징으로 하는 손가락 모듈.
제4항에 있어서,
상기 굽힘 회전축과 상기 벌림 회전축은 서로 직교하는 것을 특징으로 하는 손가락 모듈.
제1항에 있어서,
상기 손가락 구조체는 일렬로 연결되는 복수의 마디를 포함하고,
상기 복수의 마디는 마디 회전축을 중심으로 상대 회전 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 손가락 모듈.
제6항에 있어서,
상기 손가락 구조체가 상기 굽힘 회전이 제한되지 않은 상태에서는 상기 복수의 마디 간의 상대 회전 없이 상기 손가락 구조체 전체가 상기 굽힘 회전축을 중심으로 회전하고,
상기 손가락 구조체의 마디 중 제1마디의 굽힘 동작이 제한되면, 상기 제1마디에 후속하여 연결되는 제2마디가 상기 제1마디와 상기 제2마디를 연결부에 형성되는 제1 마디 회전축을 중심으로 회전하는 것을 특징으로 하는 손가락 모듈.
제7항에 있어서,
상기 벌림 동작은, 상기 손가락 구조체의 끝단에 마디의 회전 동작이 제한되면 수행되도록 구성된 것을 특징으로 하는 손가락 모듈.
제7항에 있어서,
상기 손가락 구조체는,
상기 제1 마디 회전축을 중심으로 회전 가능하게 연결되는 크랭크,
제1크랭크 회전축을 중심으로 상기 크랭크에 대해 자유회전 가능하게 연결되고, 상기 모터의 구동력을 전달받아 상기 크랭크를 상기 제1 마디 회전축을 중심으로 회전시키기 위한 힘을 가하는 제1 마디 링크,
상기 크랭크가 상기 제1 마디에 대해 자유 회전하는 것을 구속하는 제1굽힘 강성 부여 장치를 포함하고,
제1마디 링크가 상기 크랭크를 상기 제1 마디 회전축을 중심으로 회전시키기 위한 힘을 가하면 상기 크랭크가 제1마디에 힘을 가해 상기 제1마디가 상기 굽힘 회전축을 중심으로 회전하는 것을 특징으로 하는 손가락 모듈.
제9항에 있어서,
상기 손가락 구조체는
일단이 제2크랭크 회전축에서 상기 크랭크에 대해 자유 회전 가능하게 연결되고, 타단은 상기 제2마디에 힘을 가하도록 연결되는 제2마디 링크를 포함하고,
상기 제1마디가 상기 물체에 접촉하여 상기 제1마디의 굽힘 동작이 제한되면, 상기 크랭크가 상기 제1굽힘 강성 부여 장치가 부여하는 제1굽힘 강성을 극복하며 상기 제1 마디 회전축을 중심으로 회전하고,
상기 크랭크의 회전에 의해 상기 제2마디 링크가 상기 제2마디에 힘을 가해 상기 제2마디가 상기 제1 마디 회전축을 중심으로 상기 제1마디에 대해 회전하는 것을 특징으로 하는 손가락 모듈.
베이스;
상기 베이스에 대해 고정되는 제1손가락 모듈을 포함하고,
상기 제1손가락 모듈은 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 손가락 모듈이고,
상기 제1손가락 모듈의 프레임은 상기 베이스에 고정되는 것을 특징으로 하는 그리퍼.
제11항에 있어서,
상기 베이스에 고정되는 제2손가락 모듈을 더 포함하고,
상기 제2손가락 모듈은 상기 제1손가락 모듈과 벌림 동작 방향이 반대 방향으로 이루어지도록 상기 제1손가락 모듈과 거울 대칭 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 그리퍼.
제12항에 있어서,
상기 베이스에 고정되는 제3손가락 모듈을 더 포함하고,
상기 제3손가락 모듈은 상기 제2손가락 모듈과 굽힘 동작 방향이 반대 방향으로 이루어지도록 상기 제2손가락 모듈과 거울 대칭 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 그리퍼.
제13항에 있어서,
상기 제3손가락 모듈은 벌림 동작이 이루어지지 않도록 벌림 회전축이 고정된 것을 특징으로 하는 그리퍼.