KR20180107353A - 인간형 로봇손 및 이를 구비한 로봇 - Google Patents

인간형 로봇손 및 이를 구비한 로봇 Download PDF

Info

Publication number
KR20180107353A
KR20180107353A KR1020170033371A KR20170033371A KR20180107353A KR 20180107353 A KR20180107353 A KR 20180107353A KR 1020170033371 A KR1020170033371 A KR 1020170033371A KR 20170033371 A KR20170033371 A KR 20170033371A KR 20180107353 A KR20180107353 A KR 20180107353A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
joint
finger mechanism
mcp
finger
link portion
Prior art date
Application number
KR1020170033371A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101907536B1 (ko
Inventor
이동혁
배지훈
박재한
백문홍
박현준
Original Assignee
한국생산기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국생산기술연구원 filed Critical 한국생산기술연구원
Priority to KR1020170033371A priority Critical patent/KR101907536B1/ko
Publication of KR20180107353A publication Critical patent/KR20180107353A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101907536B1 publication Critical patent/KR101907536B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/0009—Gripping heads and other end effectors comprising multi-articulated fingers, e.g. resembling a human hand
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/08—Gripping heads and other end effectors having finger members

Abstract

본 발명은 작업공간 중 가장 많은 작업이 이루어지는 손바닥 앞쪽 공간에 집중되어 있던 특이점이 손가락을 폈을 때의 손가락 끝 부분으로 변경됨에 따라 인간형 로봇손의 작업성이 향상된 인간형 로봇손 및 이를 구비한 로봇에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명의 인간형 로봇손은, 손바닥부 및 복수의 관절을 통해 굴신 가능하도록 상기 손바닥부에 연결된 복수의 손가락 기구를 포함하여 구성된 인간형 로봇손으로서, 상기 손가락 기구의 복수 관절 중 상기 손바닥부에 최근접한 관절은, 상기 손가락 기구의 굴신 동작을 위한 피치 방향 회전 및 상기 손가락 기구의 롤링 동작을 위한 롤링 방향 회전이 가능하도록 구성된다.

Description

인간형 로봇손 및 이를 구비한 로봇{HUMANOID ROBOT HAND AND ROBOT HAVING THE SAME}
본 발명은 인간형 로봇손 및 이를 구비한 로봇에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 향상된 작업성을 갖는 인간형 로봇손 및 이를 구비한 로봇에 관한 것이다.
최근, 인간의 손을 모방하여 복수의 손가락 기구를 갖는 인간형 로봇손에 대해 지속적인 연구가 이루어지고 있다.
상기 인간형 로봇손은 손바닥 및 손등을 갖는 손바닥부와 인간의 손가락에 각각 대응하는 엄지손가락 기구, 집게손가락 기구, 가운뎃손가락 기구, 약손가락 기구, 새끼손가락 기구를 구비하고 있다.
상기 인간형 로봇손은 축회전이 가능한 복수의 관절을 포함하여 구성되고, 이러한 관절을 통해 굴곡/신전(flexion/extension) 및 내전/외전(abduction/adduction)이 가능하도록 구성된다.
도 1은 종래 인간형 로봇손을 도시한 개략 구성도이고, 도 2는 종래 인간형 로봇손의 작업공간 및 특이점을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 인간형 로봇손은 손끝측으로부터 차례로, DIP 관절(DIP-J), PIP 관절(PIP-J), MCP 관절(MCP-J)을 포함하여 구성되고, 상기 MCP 관절(MCP-J)은 MCP-1 관절(MCP-1-J)과 MCP-2 관절(MCP-2-J)로 구성되며, 각 관절마다 회동이 자유롭게 구성된다.
상기 DIP 관절(DIP-J), PIP 관절(PIP-J), MCP-2 관절(MCP-2-J)은 서로 평행한 회전축선을 중심으로 회동하도록 구성되고, 구체적으로, 각 손가락 기구가 손바닥부의 앞쪽 공간을 향하는 방향으로 회동하여 굴곡/신전(flexion/extension) 운동을 행할 수 있도록 한다.
상기 MCP-1 관절(MCP-1-J)은 상기 MCP-2 관절(MCP-2-J)의 회전축선과 교차하는 회전축선을 중심으로 회동하도록 구성되고, 구체적으로, 각 손가락 기구끼리 근접·이간하는 방향으로 각 손가락 기구를 회동시키며, 예를 들면, 손을 벌리는 동작 등을 행할 수 있도록 구성된다.
상기에서 설명한 바와 같이, 종래 인간형 로봇손은 인간의 손과 동일한 관절구조로 구성되어, 인간의 손이 움직이는 동작과 동일하게 동작할 수 있게 된다.
한편, 인간형 로봇손을 이용한 대부분의 물체 파지 작업은 로봇손의 손가락 기구가 일정량 구부러진 상태로 진행된다.
그런데, 도 2에 도시된 바와 같이, 종래 인간형 로봇손을 구성하는 각 손가락 기구의 기구학적 특이점(sp; kinematic singularity)이 손바닥 앞쪽 공간 부분에 발생함에 따라 작업성이 떨어지는 문제가 있다.
즉, 인간형 로봇손이 작업을 하는 작업공간 중 가장 많이 사용되는 부분인 손바닥 앞쪽 공간인데, 이 공간에 손가락 기구의 기구학적 특이점(sp)이 발생함에 따라 해당 공간에서 로봇손의 움직임이 자유롭지 못하게 되고, 결과적으로 손바닥 앞쪽 공간에서 로봇손이 수행하는 물체 파지 작업이 원활하게 이루어지지 못하는 문제가 발생하는 것이다.
등록특허 제10-1340332호(등록일자 2013년12월05일)
상기 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 향상된 작업성을 갖는 인간형 로봇손 및 이를 구비한 로봇을 제공함에 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 인간형 로봇손은, 손바닥부 및 복수의 관절을 통해 굴신 가능하도록 상기 손바닥부에 연결된 복수의 손가락 기구를 포함하여 구성된 인간형 로봇손으로서, 상기 손가락 기구의 복수 관절 중 상기 손바닥부에 최근접한 관절은, 상기 손가락 기구의 굴신 동작을 위한 피치 방향 회전 및 상기 손가락 기구의 롤링 동작을 위한 롤링 방향 회전이 가능하도록 구성된다.
바람직하게, 상기 복수의 손가락 기구는, 엄지 손가락 기구 및 복수의 나머지 손가락 기구로 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 나머지 손가락 기구의 복수 관절은, 단부로부터 DIP 관절, PIP 관절 및 MCP 관절이 순차적으로 연결되도록 구성되고, 상기 MCP 관절이 피치 방향 회전 및 롤링 방향 회전이 가능하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 MCP 관절은, 롤링 방향 회전을 위한 MCP-1 관절 및 피치 방향 회전을 위한 MCP-2 관절을 포함하여 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 MCP-1 관절은, 상기 손바닥부에 구비되어 롤링 방향 회전이 가능한 회전축이 구비된 베이스부 및 상기 베이스부의 회전축에 결합된 제1링크부의 사이를 연결하도록 구성되고, 상기 MCP-2 관절은, 상기 제1링크부 및 상기 제1링크부에 피치 방향 회전이 가능하도록 연결된 제2링크부의 사이를 연결하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 PIP 관절은, 상기 제2링크부 및 상기 제2링크부에 피치 방향 회전이 가능하도록 연결된 제3링크부의 사이를 연결하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 DIP 관절은, 상기 제3링크부 및 상기 제3링크부에 피치 방향 회전이 가능하도록 연결된 4링크부의 사이를 연결하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 DIP 관절, PIP 관절, MCP-1 관절 및 MCP-2 관절은 복수의 링크부를 연결하도록 구성되되, 이웃하는 한 쌍의 링크부 중 적어도 어느 하나에는 관절의 링크구동을 위한 구동수단이 내장될 수 있다.
바람직하게, 상기 구동수단은, 구동모터, 복수의 기어를 통해 상기 구동모터의 구동력을 전달받아 회전구동하는 구동축을 내장한 메인바디; 상기 메인바디의 일측에 구비되고, 상기 구동축이 외부로 노출되도록 축홀이 형성된 일측커버; 및 상기 메인바디의 타측에 구비되고, 상기 핀삽입홀이 형성된 타측커버;를 포함하여 구성되고, 상기 일측커버와 타측커버의 외부 일측에는 스토퍼 돌출단차부가 형성될 수 있다.
바람직하게, 상기 구동수단이 내장된 링크부에 이웃하는 링크부는, 상기 스토퍼 돌출단차부의 측면 부분에 맞닿아 걸려짐에 따라 이웃하는 한 쌍의 링크부의 회전각도를 제한하는 조인트 플레이트가 구비될 수 있다.
바람직하게, 상기 나머지 손가락 기구는, 검지손가락 기구, 중지손가락 기구, 약지손가락 기구로 구성되고, 상기 중지손가락 기구를 기준으로 상기 검지손가락 기구와 약지손가락 기구는 단부를 향할수록 벌어지도록 경사지게 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 엄지 손가락 기구는 상기 검지손가락 기구와 동일한 각도로 경사지게 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 엄지 손가락 기구의 복수 관절은, 단부로부터 IP관절, MP 관절 및 CMC관절이 순차적으로 연결되도록 구성되고, 상기 CMC관절이 피치 방향 회전 및 롤링 방향 회전이 가능하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 CMC관절은, 롤링 방향 회전을 위한 CMC-1관절 및 피치 방향 회전을 위한 CMC-2관절을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 인간형 로봇손은, 손바닥부 및 복수의 관절을 통해 굴신 가능하도록 상기 손바닥부에 연결된 복수의 손가락 기구를 포함하여 구성된 인간형 로봇손으로서, 상기 손가락 기구의 복수 관절 중 어느 하나의 관절은, 상기 손가락 기구의 굴신 동작을 위한 피치 방향 회전 및 상기 손가락 기구의 롤링 동작을 위한 롤링 방향 회전이 가능하도록 구성된다.
한편, 상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 로봇은, 상술한 바와 같은 인간형 로봇손을 구비한다.
상술한 바와 같은 본 발명은, 작업공간 중 가장 많은 작업이 이루어지는 손바닥 앞쪽 공간에 집중되어 있던 특이점이 손가락을 폈을 때의 손가락 끝 부분으로 변경됨에 따라 손바닥 앞쪽 공간에서 인간형 로봇손의 작업성이 향상되는 이점이 있다.
또한, 구동수단이 내장된 링크부를 모듈화하여 구성하고, 이러한 링크부가 연결되는 구조를 통해 전체적인 로봇손의 구조를 단순화시켜 구성할 수 있는 이점이 있다.
또한, 이웃하는 링크부 간의 회전각도를 제한하는 스토퍼 돌출단차부와 조인트 플레이트의 구성을 통해 손가락 기구가 과도하게 꺽이는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.
또한, 중지손가락 기구를 기준으로 검지손가락 기구와 약지손가락 기구가 경사지게 구성됨에 따라 작업 안정성이 높은 이점이 있다.
도 1은 종래 인간형 로봇손을 도시한 개략 구성도이다.
도 2는 종래 인간형 로봇손의 작업공간 및 특이점을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 인간형 로봇손을 도시한 개략 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 인간형 로봇손의 향상된 작업성을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 인간형 로봇손의 작업공간 및 특이점을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 인간형 로봇손을 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 인간형 로봇손을 도시한 정면도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 인간형 로봇손의 각 손가락 기구를 도시한 정면도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 인간형 로봇손의 검지손가락 기구를 도시한 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 인간형 로봇손의 검지손가락 기구를 도시한 분해사시도이다.
도 11은 도 10의 링크부를 도시한 분해사시도이다.
본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안된다.
제1, 제2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소도 제1구성요소로 명명될 수 있다.
및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "구비하다", "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 인간형 로봇손을 도시한 개략 구성도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 인간형 로봇손의 향상된 작업성을 보여주는 도면이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 인간형 로봇손의 작업공간 및 특이점을 나타낸 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 로봇손은, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 손가락 기구의 복수 관절 중 상기 손바닥부(100)에 가장 근접한 위치의 관절이 손가락 기구의 굴곡/신전(flexion/extension) 동작을 위한 피치 방향 회전 및 손가락 기구의 롤링 동작을 위한 롤링 방향 회전이 가능하도록 구성된다.
구체적으로, 본 실시예에 따른 로봇손은, 손바닥부(100) 및 복수의 관절을 통해 굴신 가능하도록 상기 손바닥부(100)에 연결된 복수의 손가락 기구를 포함하여 구성된 인간형 로봇손이며, 상기 복수의 손가락 기구는, 엄지손가락 기구(210) 및 복수의 나머지 손가락 기구(220, 230, 240)로 구성될 수 있다.
상기 복수의 나머지 손가락 기구(220, 230, 240)는 검지손가락 기구(220), 중지손가락 기구(230), 약지손가락 기구(240)로 구성될 수 있다.
본 실시예에서는 엄지손가락 기구(210), 검지손가락 기구(220), 중지손가락 기구(230), 약지손가락 기구(240)로 구성된 4지형 로봇손에 대해 예시하지만, 새끼손가락 기구가 추가로 구성된 5지형 로봇손으로 구성될 수도 있음은 물론이다.
상술한 바와 같은 로봇손은 별도의 구동 수단(미도시)에 의해 동작하도록 구성되며, 인간형 로봇에 적용되어 사용할 수 있도록 구성될 수 있다.
먼저, 상술한 바와 같은 로봇손을 구성하는 손가락 기구의 관절 구성에 대하여 설명하도록 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 검지손가락 기구(220), 중지손가락 기구(230), 약지손가락 기구(240)는 복수의 링크부 및 관절을 구비하고 있다.
구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 검지손가락 기구(220), 중지손가락 기구(230), 약지손가락 기구(240)는 손끝측으로부터 차례로, 원위지절간관절(distal interphalangeal joint, DIP 관절(IP-J), DIP-J), 근위지절간관절(proximal interphalangeal joint, PIP 관절(IP-J), PIP-J), 중수지절간관절(metacarpophalangeal joint, MCP 관절, MCP-J)을 구비하고, 각 관절마다 회동이 자유롭도록 구성된다.
상기 검지손가락 기구(220), 중지손가락 기구(230), 약지손가락 기구(240)는 모두 동일한 구조 및 동일한 관절을 갖도록 구성되며, 이하에서는 검지손가락 기구(220)의 관절 구성에 대해 예시적으로 설명하도록 한다.
[제1실시예 : 검지손가락 기구(220)]
상기 검지손가락 기구(220)의 DIP 관절(DIP-J)은 굴곡/신전(flexion/extension) 동작이 가능할 수 있게 1축 회동이 가능하게 구성된다.
상기 검지손가락 기구(220)의 PIP 관절(PIP-J)도 굴곡/신전 동작이 가능할 수 있게 1축 회동이 가능하게 구성되며, 상기 DIP 관절(DIP-J)의 회전축과 상기 PIP 관절(PIP-J)의 회전축은 서로 평행하도록 구성된다.
상기 검지손가락 기구(220)의 MCP 관절(MCP-J)은 2축 회동이 가능한 관절이며, MCP-1 관절(MCP-1-J)과 MCP-2 관절(MCP-2-J)이 조합된 관절이다.
상기 MCP-2 관절(MCP-2-J)은 상기 DIP 관절(DIP-J) 및 PIP 관절(PIP-J)과 마찬가지로 굴곡/신전 동작이 가능할 수 있게 1축 회동이 가능하게 구성되며, 상기 DIP 관절(DIP-J)의 회전축, 상기 PIP 관절(PIP-J)의 회전축 및 상기 MCP-2 관절(MCP-2-J)의 회전축은 서로 평행하도록 구성된다.
상기 MCP-1 관절(MCP-1-J)은 손가락 기구의 자체의 롤링 동작을 위한 롤링 방향 회전이 가능하도록 1축 회동이 가능하게 구성되며, 상기 MCP-1 관절(MCP-1-J)의 회전축은 상기 MCP-2 관절(MCP-2-J)의 회전축에 대해 교차하는 방향으로 구성된다.
상술한 바와 같이, 상기 검지손가락 기구(220)의 DIP 관절(DIP-J), PIP 관절(PIP-J), MCP-2 관절(MCP-2-J)을 통해 검지손가락 기구(220)의 굴곡/신전(flexion/extension) 동작이 가능하게 되고, 상기 MCP-1 관절(MCP-1-J)에 의해 검지손가락 기구(220)의 자체적인 롤링 동작이 가능하게 된다.
즉, 종래의 손가락 기구를 구성하는 MCP-1 관절(MCP-1-J)의 대부분은 이웃하는 손가락 기구가 근접 또는 이간하는 방향으로 각 손가락 기구를 작동시키도록 구성되지만, 본 실시예의 MCP-1 관절(MCP-1-J)은 손가락 기구가 근접 또는 이간하는 방향이 아닌 손가락 기구를 롤링시키도록 구성되는 것이다.
한편, 본 실시예의 로봇손을 구성하는 엄지손가락 기구(210)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 지절간관절(interphalangeal joint, IP 관절, IP-J), 중수지절간관절(metacarpophalangeal joint, MP 관절, MP-J), 수근중수골관절(carpometacarpal joint, CMC 관절, CMC-J)을 구비하고, 각 관절마다 회동이 자유롭도록 구성된다.
상기 엄지손가락 기구(210)의 IP 관절(IP-J)은 굴곡/신전(flexion/extension) 동작이 가능할 수 있게 1축 회동이 가능하게 구성된다.
상기 엄지손가락 기구(210)의 MP 관절(MP-J)도 굴곡/신전 동작이 가능할 수 있게 1축 회동이 가능하게 구성되며, 상기 IP 관절(IP-J)의 회전축과 상기 MP 관절(MP-J)의 회전축은 서로 평행하도록 구성된다.
상기 엄지손가락 기구(210)의 CMC 관절(CMC-J)은 2축 회동이 가능한 관절이며, CMC-1 관절(CMC-1-J)과 CMC-2 관절(CMC-2-J)이 조합된 관절이다.
상기 CMC-2 관절(CMC-2-J)은 손가락 기구의 자체의 롤링 동작을 위한 롤링 방향 회전이 가능하도록 1축 회동이 가능하게 구성되며, 상기 CMC-2 관절(CMC-2-J)의 회전축은 상기 MP 관절(MP-J)의 회전축에 대해 교차하는 방향으로 구성된다.
상기 CMC-1 관절(CMC-1-J)은 상기 IP 관절(IP-J) 및 MP 관절(MP-J)과 마찬가지로 굴곡/신전 동작이 가능할 수 있게 1축 회동이 가능하게 구성되며, 상기 CMC-1 관절(CMC-1-J)의 회전축은 상기 CMC-2 관절(CMC-2-J)의 회전축에 대해 교차하는 방향으로 구성된다.
상술한 바와 같이, 상기 엄지손가락 기구(210)의 IP 관절(IP-J), MP 관절(MP-J), CMC-1 관절(CMC-1-J)을 통해 엄지손가락 기구(210)의 굴곡/신전(flexion/extension) 동작이 가능하게 되고, 상기 CMC-2 관절(CMC-2-J)에 의해 검지손가락 기구(220)의 자체적인 롤링 동작이 가능하게 된다.
상술한 바와 같은 관절 구조를 갖는 손가락 기구가 구비된 로봇손은, 도 4에 도시된 바와 같이, 각 손가락 기구의 기구학적 특이점(kinematic singularity, KS)이 각 손가락을 쫙 폈을 때의 끝단 부분에 발생하게 된다.
따라서, 인간형 로봇손이 작업을 하는 작업공간 중 가장 많이 사용되는 부분인 손바닥 앞쪽 공간에 특이점이 발생하는 것을 방지되어, 손바닥 앞쪽 공간에서 로봇손이 수행하는 물체 파지 작업이 원활하게 이루어질 수 있게 된다.
예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 손바닥 앞쪽 공간에서 물체를 파지한 경우에, 손바닥을 고정하고 파지한 물체를 손바닥의 좌측이나 우측으로 이동하는 작업은 종래 로봇손으로 불가능하였지만, 본 실시예의 로봇손으로는 작업이 가능하게 된다.
한편, 본 실시예의 인간형 로봇손은, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 중지손가락 기구(230)를 기준으로 상기 검지손가락 기구(220)와 약지손가락 기구(240)는 단부를 향할수록 벌어지도록 경사지게 구성되고, 상기 엄지손가락 기구(210)는 상기 검지손가락 기구(220)와 동일한 각도로 경사지게 구성될 수 있으며, 이를 통해 작업 안정성을 높일 수 있다.
다음으로, 상술한 바와 같은 로봇손을 구성하는 검지손가락 기구(220), 중지손가락 기구(230), 약지손가락 기구(240)의 세부적인 기구 구성에 대하여 도 6 내지 도 11을 참조하여 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 인간형 로봇손을 도시한 사시도이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 인간형 로봇손을 도시한 정면도이며, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 인간형 로봇손의 각 손가락 기구를 도시한 정면도이고, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 인간형 로봇손의 검지손가락 기구를 도시한 사시도이며, 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 인간형 로봇손의 검지손가락 기구를 도시한 분해사시도이고, 도 11은 도 10의 링크부를 도시한 분해사시도이다.
앞서 설명한 바와 같이, 상기 검지손가락 기구(220), 중지손가락 기구(230), 약지손가락 기구(240)는 모두 동일한 구조 및 동일한 관절을 갖도록 구성되며, 이하에서는 검지손가락 기구(220)의 세부적인 기구 구성에 대해 예시적으로 설명하도록 한다.
상기 검지손가락 기구(220)의 MCP-1 관절(MCP-1-J)은, 손바닥부(100)에 구비되어 롤링 방향 회전이 가능한 회전축(s, 도 11의‘s’참조)이 구비된 베이스부(221) 및 상기 베이스부(221)의 회전축(s)에 결합되어 롤링 방향으로 회전될 수 있는 제1링크부(222)의 사이를 연결하도록 구성된다.
상기 검지손가락 기구(220)의 MCP-2 관절(MCP-2-J)은, 상기 제1링크부(222) 및 상기 제1링크부(222)에 피치 방향 회전이 가능하도록 연결된 제2링크부(223)의 사이를 연결하도록 구성된다.
상기 검지손가락 기구(220)의 PIP 관절(PIP-J)은, 상기 제2링크부(223) 및 상기 제2링크부(223)에 피치 방향 회전이 가능하도록 연결된 제3링크부(224)의 사이를 연결하도록 구성된다.
상기 검지손가락 기구(220)의 DIP 관절(DIP-J)은, 상기 제3링크부(224) 및 상기 제3링크부(224)에 피치 방향 회전이 가능하도록 연결된 4링크부(225)의 사이를 연결하도록 구성된다.
상술한 베이스(221), 제1링크부(222), 제2링크부(223), 제3링크부(224) 및 제4링크부(225)는 상호 간 회동이 가능하도록 구성되되, 후술하게 될 스토퍼 돌출단차부(a)와 조인트 플레이트(b)에 의해 회전각도가 제한될 수 있다.
상기 스토퍼 돌출단차부(a)는 이웃하는 링크부 중 일측 링크부의 측면 부분에 대략 사각 형상을 갖도록 소정 높이로 형성되고, 상기 조인트 플레이트(b)는 이웃하는 링크부 중 타측 링크부의 측면 부분에 대략 부채꼴 형상으로 형성된다.
예를 들어, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 제3링크부(224)의 하부 양측면에 스토퍼 돌출단차부(a)가 형성되고, 상기 제3링크부(224)와 이웃하는 제4링크부(225)의 하부 양측면에 조인트 플레이트(b)가 연장되도록 형성될 수 있다.
따라서, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 조인트 플레이트(b)의 일부분이 상기 스토퍼 돌출단차부(a)의 측면 부분에 맞닿아 걸려짐에 따라 이웃하는 한 쌍의 링크부의 회전각도가 제한될 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 DIP 관절(DIP-J), PIP 관절(PIP-J), MCP-1 관절(MCP-1-J) 및 MCP-2 관절(MCP-2-J)은 이웃하는 한 쌍의 링크부를 연결하도록 구성된다.
이때, 이웃하는 한 쌍의 링크부 중 적어도 어느 하나의 링크부에는 관절의 링크구동을 위한 구동수단(도 11의 ‘M’)이 내장되도록 구성된다.
예를 들어, 상기 베이스부(210), 상기 제2링크부(223), 제3링크부(224)에 구동수단(M)이 내장되도록 구성될 수 있다.
즉, 상기 베이스부(210)에는 MCP-1 관절(MCP-1-J)의 동작을 위해 상기 회전축을 롤링 방향으로 회전구동시키기 위한 구동수단(M)이 내장될 수 있다.
한편, 상기 제2링크부(223)의 일측에는 MCP-2 관절(MCP-2-J)의 동작을 위해 피치 방향 회전으로 회전구동시키기 위한 구동수단(M)이 내장되고, 상기 제2링크부(223)의 타측에는 DIP 관절(DIP-J)의 동작을 위해 피치 방향 회전으로 회전구동시키기 위한 구동수단(M)이 각각 내장될 수 있다.
또한, 상기 제3링크부(224)에는 DIP 관절(DIP-J)의 동작을 위해 피치 방향 회전으로 회전구동시키기 위한 구동수단(M)이 내장될 수 있다.
상술한 각각의 구동수단(M)은 모듈화되어 각 관절부에 배치 구성됨에 따라 관절의 동작을 할 수 있도록 구동력을 제공하며, 제2링크부(223)와 같이 2개의 구동수단(M)을 서로 이음판(223a)으로 고정결합시켜 하나의 링크부로 구성할 수도 있다.
상술한 바와 같이 모듈화 구성된 구동수단(M)의 구조를 도 11에 예시하였다.
구체적으로, 상기 구동수단(M)은, 메인바디(M-1), 일측커버(M-2) 및 타측커버(M-3)를 포함하여 구성된다.
상기 메인바디(M-1)는 구동모터(m), 복수의 기어(g)를 통해 상기 구동모터(m)의 구동력을 전달받아 회전구동하는 구동축(s)이 내장되도록 구성된다.
상기 일측커버(M-2)는 상기 메인바디(M-1)의 일측에 구비되고, 상기 구동축(s)이 외부로 노출되도록 축홀(sh)이 형성된다.
상기 타측커버(M-3)는 상기 메인바디(M-1)의 타측에 구비되고, 상기 핀삽입홀(ph)이 형성된다.
상기 일측커버(M-2)와 타측커버(M-3)의 마주하는 외부면 일측에는 스토퍼 돌출단차부(a)가 형성된다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석돼야 한다.
100:손바닥부 210:엄지손가락 기구
220:검지손가락 기구 221:베이스
222:제1링크부 223:제2링크부
224:제3링크부 225:제4링크부
230:중지손가락 기구 240:약지손가락 기구
DIP-J:원위지절간관절 PIP-J:근위지절간관절
MCP-J:중수지절간관절 IP-J:지절간관절
MP-J:중수지절간관절 CMC-J:수근중수골관절
sp:특이점

Claims (16)

  1. 손바닥부 및 복수의 관절을 통해 굴신 가능하도록 상기 손바닥부에 연결된 복수의 손가락 기구를 포함하여 구성된 인간형 로봇손으로서,
    상기 손가락 기구의 복수 관절 중 상기 손바닥부에 최근접한 관절은,
    상기 손가락 기구의 굴신 동작을 위한 피치 방향 회전 및 상기 손가락 기구의 롤링 동작을 위한 롤링 방향 회전이 가능하도록 구성된 인간형 로봇손.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 손가락 기구는,
    엄지 손가락 기구 및 복수의 나머지 손가락 기구로 구성된 것을 특징으로 하는 인간형 로봇손.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 나머지 손가락 기구의 복수 관절은,
    단부로부터 DIP 관절, PIP 관절 및 MCP 관절이 순차적으로 연결되도록 구성되고, 상기 MCP 관절이 피치 방향 회전 및 롤링 방향 회전이 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 인간형 로봇손.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 MCP 관절은,
    롤링 방향 회전을 위한 MCP-1 관절 및 피치 방향 회전을 위한 MCP-2 관절을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 인간형 로봇손.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 MCP-1 관절은,
    상기 손바닥부에 구비되어 롤링 방향 회전이 가능한 회전축이 구비된 베이스부 및 상기 베이스부의 회전축에 결합된 제1링크부의 사이를 연결하도록 구성되고,
    상기 MCP-2 관절은,
    상기 제1링크부 및 상기 제1링크부에 피치 방향 회전이 가능하도록 연결된 제2링크부의 사이를 연결하도록 구성된 것을 특징으로 하는 인간형 로봇손.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 PIP 관절은,
    상기 제2링크부 및 상기 제2링크부에 피치 방향 회전이 가능하도록 연결된 제3링크부의 사이를 연결하도록 구성된 것을 특징으로 하는 인간형 로봇손.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 DIP 관절은,
    상기 제3링크부 및 상기 제3링크부에 피치 방향 회전이 가능하도록 연결된 4링크부의 사이를 연결하도록 구성된 것을 특징으로 하는 인간형 로봇손.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 DIP 관절, PIP 관절, MCP-1 관절 및 MCP-2 관절은 복수의 링크부를 연결하도록 구성되되, 이웃하는 한 쌍의 링크부 중 적어도 어느 하나에는 관절의 링크구동을 위한 구동수단이 내장된 것을 특징으로 하는 인간형 로봇손.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 구동수단은,
    구동모터, 복수의 기어를 통해 상기 구동모터의 구동력을 전달받아 회전구동하는 구동축을 내장한 메인바디;
    상기 메인바디의 일측에 구비되고, 상기 구동축이 외부로 노출되도록 축홀이 형성된 일측커버; 및
    상기 메인바디의 타측에 구비되고, 상기 핀삽입홀이 형성된 타측커버;를 포함하여 구성되고,
    상기 일측커버와 타측커버의 외부 일측에는 스토퍼 돌출단차부가 형성된 것을 특징으로 하는 인간형 로봇손.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 구동수단이 내장된 링크부에 이웃하는 링크부는,
    상기 스토퍼 돌출단차부의 측면 부분에 맞닿아 걸려짐에 따라 이웃하는 한 쌍의 링크부의 회전각도를 제한하는 조인트 플레이트가 구비된 것을 특징으로 하는 인간형 로봇손.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 나머지 손가락 기구는,
    검지손가락 기구, 중지손가락 기구, 약지손가락 기구로 구성되고, 상기 중지손가락 기구를 기준으로 상기 검지손가락 기구와 약지손가락 기구는 단부를 향할수록 벌어지도록 경사지게 구성된 것을 특징으로 하는 인간형 로봇손.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 엄지 손가락 기구는 상기 검지손가락 기구와 동일한 각도로 경사지게 구성된 것을 특징으로 하는 인간형 로봇손.
  13. 제2항에 있어서,
    상기 엄지 손가락 기구의 복수 관절은,
    단부로부터 IP관절, MP 관절 및 CMC관절이 순차적으로 연결되도록 구성되고, 상기 CMC관절이 피치 방향 회전 및 롤링 방향 회전이 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 인간형 로봇손.
  14. 제3항에 있어서,
    상기 CMC관절은,
    롤링 방향 회전을 위한 CMC-1관절 및 피치 방향 회전을 위한 CMC-2관절을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 인간형 로봇손.
  15. 손바닥부 및 복수의 관절을 통해 굴신 가능하도록 상기 손바닥부에 연결된 복수의 손가락 기구를 포함하여 구성된 인간형 로봇손으로서,
    상기 손가락 기구의 복수 관절 중 어느 하나의 관절은,
    상기 손가락 기구의 굴신 동작을 위한 피치 방향 회전 및 상기 손가락 기구의 롤링 동작을 위한 롤링 방향 회전이 가능하도록 구성된 인간형 로봇손.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 기재된 인간형 로봇손을 구비한 로봇.
KR1020170033371A 2017-03-16 2017-03-16 인간형 로봇손 및 이를 구비한 로봇 KR101907536B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170033371A KR101907536B1 (ko) 2017-03-16 2017-03-16 인간형 로봇손 및 이를 구비한 로봇

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170033371A KR101907536B1 (ko) 2017-03-16 2017-03-16 인간형 로봇손 및 이를 구비한 로봇

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180107353A true KR20180107353A (ko) 2018-10-02
KR101907536B1 KR101907536B1 (ko) 2018-12-06

Family

ID=63863748

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170033371A KR101907536B1 (ko) 2017-03-16 2017-03-16 인간형 로봇손 및 이를 구비한 로봇

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101907536B1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200027591A (ko) * 2018-09-04 2020-03-13 한국생산기술연구원 로봇손
KR20200059337A (ko) * 2018-11-20 2020-05-29 한국생산기술연구원 로봇손
US11318622B2 (en) 2020-09-08 2022-05-03 Korea Institute Of Science And Technology Wearable robot hand device removable from hand structure
CN114888833A (zh) * 2022-05-17 2022-08-12 哈尔滨工业大学 一种仿人机械手

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007290055A (ja) * 2006-04-24 2007-11-08 Yaskawa Electric Corp ロボットハンドとそれを使った物体の載置方法
KR101503374B1 (ko) * 2013-04-23 2015-03-18 주식회사 로보멕 액츄에이터 모듈

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200027591A (ko) * 2018-09-04 2020-03-13 한국생산기술연구원 로봇손
KR20200059337A (ko) * 2018-11-20 2020-05-29 한국생산기술연구원 로봇손
US11318622B2 (en) 2020-09-08 2022-05-03 Korea Institute Of Science And Technology Wearable robot hand device removable from hand structure
CN114888833A (zh) * 2022-05-17 2022-08-12 哈尔滨工业大学 一种仿人机械手

Also Published As

Publication number Publication date
KR101907536B1 (ko) 2018-12-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101907536B1 (ko) 인간형 로봇손 및 이를 구비한 로봇
JP5122134B2 (ja) ロボットハンド
US7673916B2 (en) End effectors
CN104887364B (zh) 指关节驱动装置
CN111098320B (zh) 一种12自由度五指机械手
JP2022183301A (ja) 背面支持されるアクチュエータ機構を備えるロボットエンドエフェクタ
WO2013014720A1 (ja) パラレルリンクロボット
JP7009072B2 (ja) 指機構およびこの指機構を組み込んだ人間型ハンド
JP5500921B2 (ja) 多指ハンド装置
GB2519993A (en) Robotic hand
KR20190006450A (ko) 로봇 핸드
Fu et al. Design and development of a portable exoskeleton based CPM machine for rehabilitation of hand injuries
TW201731647A (zh) 握持機器人及機器人手部的控制方法
KR102127372B1 (ko) 로봇손
CN110370305B (zh) 机械指及机械手
JP5468814B2 (ja) ５指型ハンド装置
JP5388686B2 (ja) ５指型ハンド装置
JP4965413B2 (ja) ロボットハンド
Tzemanaki et al. Design of a multi-DOF cable-driven mechanism of a miniature serial manipulator for robot-assisted minimally invasive surgery
JP2009078341A (ja) ロボットハンド
JP2019063886A (ja) ロボットハンドの指の駆動機構、および、その駆動機構を具備する指を備えるロボットハンド
Xu et al. Development of a novel low-profile robotic exoskeleton glove for patients with brachial plexus injuries
CN114536380B (zh) 五自由度全驱动仿人大拇指和仿人灵巧手
JP6867211B2 (ja) 人間型ハンドにおける手首の回転構造、ハンドにおける手首の回転構造およびハンド
KR102271362B1 (ko) 인간의 손가락을 모사하는 손가락 기구 및 이를 포함하는 로봇 핸드

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right