KR20210076300A - Finger apparatus being close to humman finger and robot hand having the finger apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 인간의 손가락을 모사하는 손가락 기구 및 이를 포함하는 로봇 핸드에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 3자유도를 갖는 손가락 기구 및 이를 이용하여 모듈화가 가능한 로봇 핸드에 관한 것이다. The present invention relates to a finger mechanism simulating a human finger and a robot hand including the same. More specifically, the present invention relates to a finger mechanism having three degrees of freedom and a robot hand that can be modularized using the same.
인간형 로봇은 인간과 유사한 행동을 할 수 있도록 개발되고 있으며, 이러한 인간형 로봇의 완성도를 높이기 위해서는 인간의 손과 같은 정밀한 동작을 할 수 있는 로봇 핸드의 개발이 필수적이다.Humanoid robots are being developed so that they can act similar to humans, and in order to improve the perfection of these humanoid robots, it is essential to develop a robot hand that can perform precise movements like human hands.
지금까지 개발된 대표적인 로봇 핸드로 와이어를 사용하는 텐던기반 메커니즘 제품과 와이어를 사용하지 않는 링크기반 메커니즘 제품이 있다.As representative robot hands developed so far, there are tendon-based mechanism products that use wires and link-based mechanism products that do not use wires.
텐던기반 메커니즘 제품의 경우 인간의 손과 동일하게 손가락당 3자유도를 가져 인간의 손과 같은 정밀한 동작을 할 수 있는 장점이 있다. 반면, 3자유도를 갖도록 하기 위해 수많은 텐던을 이용하여야 하는데 텐던을 조립하는 것이 어렵고 복잡하여 제조 및 유지보수가 어려운 단점이 있다. 또한 텐던을 조작하기 위한 다수의 모터가 필요하여 손가락 자체는 인간의 손과 같은 크기로 만들 수 있으나 이를 구동하기 위해 손목 부분에 위치하는 모터들의 큰 부피로 인해 모듈화가 되지 못하는 문제가 있다.In the case of a tendon-based mechanism product, it has the same three degrees of freedom per finger as a human hand, so it has the advantage of being able to perform precise movements like a human hand. On the other hand, in order to have three degrees of freedom, many tendons must be used, but assembling the tendons is difficult and complicated, which makes manufacturing and maintenance difficult. In addition, since multiple motors are required to operate the tendon, the finger itself can be made the same size as a human hand, but there is a problem in that it cannot be modularized due to the large volume of motors located on the wrist to drive it.
이에 반해 링크기반 메커니즘 제품의 경우 텐던을 조작하기 위한 다수의 모터가 필요하지 않기 때문에 텐던기반 메커니즘 제품의 단점을 해소하고 모듈화가 가능한 장점이 있다. 그러나 지금까지의 링크기반 메커니즘 제품의 경우 손가락당 최대 2자유도 밖에 가질 수 없어 인간의 손과 같은 정밀한 동작을 할 수 없으며, 손가락 마디마다 모터가 위치하므로 촉각센서, 힘센서 등 추가 센서를 추가하기에도 적합하지 않은 문제가 있다.On the other hand, link-based mechanism products do not require a large number of motors to operate tendons, so there is an advantage in that the disadvantages of tendon-based mechanism products can be solved and modularization is possible. However, in the case of link-based mechanism products so far, each finger has only a maximum of 2 degrees of freedom, so precise motions like a human hand cannot be performed. There is also the problem of not being suitable.
본 발명의 목적은 링크기반 메커니즘으로 구성된 인간의 손가락을 모사하는 손가락 기구 및 이를 포함하는 로봇 핸드를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a finger mechanism simulating a human finger composed of a link-based mechanism and a robot hand including the same.
본 발명의 다른 목적은 자유도가 높은 인간의 손가락을 모사하는 손가락 기구 및 로봇 핸드를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a finger mechanism and a robot hand that mimic a human finger having a high degree of freedom.
본 발명의 또 다른 목적은 모듈화가 가능한 인간의 손가락을 모사하는 손가락 기구 및 로봇 핸드를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a finger mechanism and a robot hand that can be modularized to imitate a human finger.
본 발명의 또 다른 목적은 센서 통합이 가능한 인간의 손가락을 모사하는 손가락 기구 및 로봇 핸드를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a finger mechanism and a robot hand that mimic a human finger in which sensor integration is possible.
본 발명의 또 다른 목적은 구동 정밀도가 높은 인간의 손가락을 모사하는 손가락 기구 및 로봇 핸드를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a finger mechanism and a robot hand that mimic human fingers with high driving precision.
본 발명의 또 다른 목적은 인간 손 크기와 유사한 크기로 제조 가능한 손가락 기구 및 로봇 핸드를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a finger mechanism and a robot hand that can be manufactured in a size similar to that of a human hand.
본 발명의 또 다른 목적은 비교적 저렴한 가격으로 제조가 가능한 인간의 손가락을 모사하는 손가락 기구 및 로봇 핸드를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a finger mechanism and a robot hand simulating a human finger, which can be manufactured at a relatively low price.
본 발명의 상기 및 기타 목적들은, 본 발명에 따른 인간의 손가락을 모사하는 손가락 기구 및 로봇 핸드에 의해 모두 달성될 수 있다.The above and other objects of the present invention can all be achieved by a finger mechanism and a robot hand that mimic human fingers according to the present invention.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 인간의 손가락을 모사하는 손가락 기구는 Z축 방향으로 연장된 베이스; 제1 마디; 상기 베이스에 대한 상기 제1 마디의 움직임을 제어하는 제1 구동부와 제1 관절부를 포함하여 이루어진다. A finger mechanism for simulating a human finger according to a first embodiment of the present invention includes: a base extending in the Z-axis direction; 1st word; It comprises a first driving unit and a first joint unit for controlling the movement of the first joint with respect to the base.
상기 제1 구동부는 각각 모터, 볼스크류, 상기 모터와 상기 볼스크류 사이를 동력 전달 가능하게 연결하는 커플링, 및 상기 커플링을 따라 직선 이동하는 이동편을 포함하는 제1 액추에이터와 제2 액추에이터를 포함할 수 있다. The first driving unit includes a motor, a ball screw, a coupling that enables power transmission between the motor and the ball screw, and a first actuator and a second actuator including a moving piece that moves linearly along the coupling. may include
상기 제1 관절부는 상기 베이스에 대하여 회전 가능하게 연결되고, 제2 지점이 상기 제1 액추에이터에 연결되며, 제3 지점이 상기 제2 액추에이터에 연결되어 상기 제1 구동부의 구동에 따라 회전하는 프레임을 포함할 수 있다. The first joint part is rotatably connected with respect to the base, a second point is connected to the first actuator, and a third point is connected to the second actuator to rotate according to the driving of the first driving part. may include
상기 제1 마디는 그 일단부가 상기 프레임에 연결되어, 상기 제1 액추에이터와 제2 액추에이터가 상기 제2 지점과 제3 지점을 동일하게 이동시킬 경우 상기 제1 마디가 상기 베이스에 대해 X축을 중심으로 회전하고, 상기 제1 액추에이터와 제2 액추에이터가 상기 제2 지점과 제3 지점을 동일하지 않게 이동시킬 경우 상기 제1 마디가 상기 베이스에 대해 Y축을 중심으로 회전할 수 있다. The first node has one end connected to the frame, so that when the first actuator and the second actuator move the second point and the third point equally, the first node moves around the X-axis with respect to the base. Rotating, when the first actuator and the second actuator move the second point and the third point unequal, the first node may rotate about the Y-axis with respect to the base.
상기 베이스에 형성되어 상기 이동편의 이동을 가이드하는 LM 가이드를 더 포함할 수 있다. It may further include an LM guide formed on the base to guide the movement of the moving piece.
상기 제1 액추에이터와 제2 액추에이터는 Z축 방향으로 구동하는 리니어 액추에이터일 수 있다. The first actuator and the second actuator may be linear actuators driven in the Z-axis direction.
상기 제1 관절부는 상기 제2 지점과 상기 제1 액추에이터의 이동편 사이에 각각 회전 가능하게 연결되는 제1 링크바 및 제3 지점과 상기 제2 액추에이터의 이동편 사이에 각각 회전 가능하게 연결되는 제2 링크바를 더 포함할 수 있다. The first joint portion is a first link bar rotatably connected between the second point and the moving piece of the first actuator, respectively, and a third rotatably connected between the third point and the moving piece of the second actuator, respectively. 2 may further include a link bar.
상기 프레임은 상기 베이스 사이에 유니버설 조인트에 의해 직접 연결될 수 있다. The frame may be directly connected by a universal joint between the bases.
상기 제 1 관절부는 중간부가 상기 베이스에 Y축 방향으로 회동 가능하게 결합되고 양 단부가 상기 프레임에 X축 방향으로 회동 가능하게 결합되는 U자 형태의 회동 프레임을 더 포함할 수 있다. The first joint portion may further include a U-shaped rotation frame in which the middle portion is rotatably coupled to the base in the Y-axis direction and both ends are rotatably coupled to the frame in the X-axis direction.
상기 제1 링크바와 상기 제2 지점, 상기 제1 링크바와 상기 제1 액추에이터의 이동편, 상기 제2 링크바와 상기 제3 지점, 상기 제2 링크바와 상기 제2 액추에이터의 이동부 사이는 로드 엔드 베어링에 의해 연결될 수 있다. A rod end bearing between the first link bar and the second point, the first link bar and the moving piece of the first actuator, the second link bar and the third point, and the second link bar and the moving part of the second actuator can be connected by
상기 제1 지점, 제2 지점, 제3 지점은 제2 지점과 제3 지점을 연결하는 선을 밑변으로 하는 가상의 이등변 삼각형의 세꼭지점을 이룰 수 있다.The first point, the second point, and the third point may form three vertices of an imaginary isosceles triangle whose base is a line connecting the second point and the third point.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 인간의 손가락을 모사하는 손가락 기구는 제2 마디, 및 상기 제1 마디에 대한 상기 제2 마디의 움직임을 제어하는 제2 구동부와 제2 관절부를 더 포함할 수 있다. The finger mechanism for simulating a human finger according to the second embodiment of the present invention may further include a second joint, and a second driving unit and a second joint for controlling the movement of the second node with respect to the first node. have.
상기 제1 마디의 타단부 제4 지점과 상기 제2 마디의 일단부 제6 지점이 회전 가능하게 연결될 수 있다.A fourth point of the other end of the first node and a sixth point of one end of the second node may be rotatably connected.
상기 제2 관절부는 벨 크랭크를 포함할 수 있으며, 벨 크랭크의 중심이 상기 프레임에 회전 가능하게 연결되고, 제1 단부가 상기 제2 구동부에 연결되고, 제2 단부가 상기 제6 지점으로부터 상기 제2 마디의 회전방향쪽으로 이격된 상기 제2 마디의 일단부 제7 지점에 연결될 수 있다.The second joint portion may include a bell crank, a center of the bell crank is rotatably connected to the frame, a first end is connected to the second driving unit, and a second end is the second end from the sixth point. One end of the second node spaced apart in the direction of rotation of the two nodes may be connected to a seventh point.
상기 제2 구동부는 모터, 볼스크류, 상기 모터와 상기 볼스크류 사이를 동력 전달 가능하게 연결하는 커플링, 및 상기 커플링을 따라 직선 이동하는 이동편을 포함할 수 있다. The second driving unit may include a motor, a ball screw, a coupling that enables power transmission between the motor and the ball screw, and a moving piece that moves linearly along the coupling.
상기 베이스에 형성되어 상기 제2 구동부의 이동편의 이동을 가이드하는 LM 가이드를 더 포함할 수 있다. It may further include an LM guide formed on the base to guide the movement of the moving piece of the second driving unit.
상기 제1 구동부와 제2 구동부는 상기 제1 관절부를 기준으로 Z축방향 일측에 위치하고, 상기 제1 마디, 제2 마디, 제2 관절부는 상기 제1 관절부를 기준으로 Z축방향 타측에 위치할 수 있다.The first driving part and the second driving part are located on one side in the Z-axis direction with respect to the first joint part, and the first joint part, the second joint part, and the second joint part are located on the other side in the Z-axis direction based on the first joint part. can
상기 벨 크랭크는 상기 프레임을 기준으로 상기 제1 마디와 같은 쪽에 위치하며, 상기 제2 관절부는 상기 프레임을 관통하여 상기 제2 구동부의 이동편과 상기 벨 크랭크의 제1 단부 사이에 각각 회전 가능하게 연결되는 제3 링크바 및 상기 벨 크랭크의 제2 단부와 상기 제7 지점을 사이에 각각 회전 가능하게 연결되는 제4 링크바를 더 포함할 수 있다.The bell crank is positioned on the same side as the first node with respect to the frame, and the second joint part passes through the frame to be rotatably rotatable between the moving piece of the second driving part and the first end of the bell crank, respectively. It may further include a third link bar connected to and a fourth link bar rotatably connected between the second end of the bell crank and the seventh point, respectively.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 인간의 손가락을 모사하는 손가락 기구는 제3 마디, 및 상기 제1 마디에 대한 상기 제2 마디의 움직임에 연동되도록 상기 제3 마디의 움직임을 제어하는 제3 관절부를 더 포함할 수 있다.A finger mechanism simulating a human finger according to a third embodiment of the present invention includes a third joint and a third joint part for controlling the movement of the third joint so as to be linked to the movement of the second joint with respect to the first joint. may further include.
상기 제3 마디의 일단부 제8 지점이 상기 제2 마디의 타측에 연결되고, 상기 제3 관절부는 일단부가 상기 제1 마디의 타단부 제5 지점에 연결되고 타단부가 상기 제3 마디의 일단부 제9 지점에 연결되는 제5 링크바를 포함하며, 상기 제5 지점은 상기 제4 지점으로부터 상기 제2 마디의 회전방향 반대쪽으로 이격되고, 상기 제9 지점은 상기 제8 지점으로부터 상기 제2 마디의 회전방향쪽으로 이격될 수 있다.An eighth point of one end of the third node is connected to the other side of the second node, one end of the third joint is connected to a fifth point of the other end of the first node, and the other end is one end of the third node. a fifth link bar connected to a sub ninth point, wherein the fifth point is spaced apart from the fourth point in a direction opposite to the rotation direction of the second node, and the ninth point is the second node from the eighth point may be spaced apart in the direction of rotation of
본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 핸드는 전술한 손가락 기구를 복수 개 포함하여 이루어질 수 있다.The robot hand according to an embodiment of the present invention may include a plurality of the aforementioned finger mechanisms.
상기 로봇 핸드는 상기 복수 개의 손가락 기구의 베이스를 덮고 상기 로봇 핸드의 손 바닥을 구성하는 커버를 더 포함할 수 있다. The robot hand may further include a cover covering the base of the plurality of finger mechanisms and constituting the palm of the robot hand.
상기 복수 개의 손가락 기구를 구동하는 구동부는 모두 상기 커버 내부에 위치할 수 있다. All of the driving units for driving the plurality of finger mechanisms may be located inside the cover.
본 발명은 링크기반 메커니즘으로 구성되면서도 자유도가 높은 인간의 손가락을 모사하는 손가락 기구 및 로봇 핸드를 제공하는 효과를 갖는다. The present invention has the effect of providing a finger mechanism and a robot hand that mimic a human finger with a high degree of freedom while being configured with a link-based mechanism.
또한 본 발명은 구조가 간단하여 인간 손 크기와 유사한 크기로 비교적 저렴한 가격으로 제조가 가능한 인간의 손가락을 모사하는 손가락 기구 및 로봇 핸드를 제공하는 효과를 갖는다. In addition, the present invention has the effect of providing a finger mechanism simulating a human finger and a robot hand that can be manufactured at a relatively low price with a size similar to the size of a human hand due to a simple structure.
또한 본 발명은 구동부가 손가락 마디에 위치하지 않고 모두 손바닥 내부에 위치할 수 있어 추가 센서를 설치하는 센서 통합이 가능하며 모듈화가 가능한 인간의 손가락을 모사하는 손가락 기구 및 로봇 핸드를 제공하는 효과를 갖는다. In addition, the present invention has the effect of providing a finger mechanism simulating a human finger and a robot hand that can be modularized and capable of integrating sensors to install additional sensors because the driving unit is not located on the knuckle but can be located inside the palm of the hand .
또한 본 발명은 구동 정밀도가 높은 인간의 손가락을 모사하는 손가락 기구 및 로봇 핸드를 제공하는 효과를 갖는다. In addition, the present invention has an effect of providing a finger mechanism and a robot hand that mimic a human finger with high driving precision.
제1도는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 핸드와 인간 손의 크기를 비교하여 보여주는 사진이다.
제2도는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 핸드의 손가락들이 인간의 손가락처럼 3자유도로 자유롭게 움직이는 모습을 보여주는 사진이다.
제3도는 본 발명의 일 실시예에 따른 인간의 손가락을 모사하는 손가락 기구를 보여주는 사진이다.
제4도는 본 발명의 제1 실시예에 따른 인간의 손가락을 모사하는 손가락 기구의 사시도이다.
제5도는 제1 관절부와 다른 구성요소들의 결합 관계를 보여주는 확대 사시도이다.
제6도는 본 발명의 제1 실시예에서 2자유도를 구현하는 방법을 보여주는 개념도이다.
제7도는 제1 액추에이터와 제2 액추에이터를 동일하게 구동하였을 때 제1 실시예에 따른 인간의 손가락을 모사하는 손가락 기구의 동작을 보여주는 도면이다.
제8도는 제1 액추에이터와 제2 액추에이터를 동일하지 않게 구동하였을 때 제1 실시예에 따른 인간의 손가락을 모사하는 손가락 기구의 동작을 보여주는 도면이다.
제9도는 본 발명의 제2 실시예에 따른 인간의 손가락을 모사하는 손가락 기구의 사시도이다.
제10도는 제2 관절부와 다른 구성요소들의 결합 관계를 보여주는 도면이다.
제11도는 제2 구동부가 작동하였을 때 제2 실시예에 따른 인간의 손가락을 모사하는 손가락 기구의 동작을 보여주는 도면이다.
제12도는 본 발명의 제3 실시예에 따른 인간의 손가락을 모사하는 손가락 기구의 일부분을 보여주는 도면이다.
제13도는 제2 마디 회전에 연동되어 회전하는 제3 마디의 동작을 보여주는 도면이다.
제14도는 제3 실시예에 따른 인간의 손가락을 모사하는 손가락 기구를 보여주는 도면이다.
제15도는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 핸드의 모습을 보여주는 도면이다.
제16도는 본 발명에 따른 로봇 핸드에 있어서 엄지 손가락의 배치를 설명하는 도면이다. 1 is a photograph showing a comparison of the sizes of a robot hand and a human hand according to an embodiment of the present invention.
2 is a photograph showing a state in which the fingers of a robot hand freely move in three degrees of freedom like a human finger according to an embodiment of the present invention.
3 is a photograph showing a finger mechanism simulating a human finger according to an embodiment of the present invention.
4 is a perspective view of a finger mechanism simulating a human finger according to the first embodiment of the present invention.
5 is an enlarged perspective view showing the coupling relationship between the first joint part and other components.
6 is a conceptual diagram showing a method for implementing two degrees of freedom in the first embodiment of the present invention.
7 is a view showing the operation of the finger mechanism simulating a human finger according to the first embodiment when the first actuator and the second actuator are driven equally.
8 is a view showing the operation of the finger mechanism simulating a human finger according to the first embodiment when the first actuator and the second actuator are driven unequal.
9 is a perspective view of a finger mechanism simulating a human finger according to a second embodiment of the present invention.
10 is a view showing a coupling relationship between the second joint part and other components.
11 is a view showing the operation of the finger mechanism simulating a human finger according to the second embodiment when the second driving unit is operated.
12 is a view showing a part of a finger mechanism simulating a human finger according to a third embodiment of the present invention.
13 is a view showing the operation of the third node rotated in conjunction with the second node rotation.
14 is a diagram showing a finger mechanism simulating a human finger according to the third embodiment.
15 is a view showing a state of a robot hand according to an embodiment of the present invention.
16 is a view for explaining the arrangement of the thumb in the robot hand according to the present invention.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 3자유도를 갖는 로봇 손가락 및 로봇 손에 대해 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, a robot finger and a robot hand having three degrees of freedom according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예에 따른 3자유도를 갖는 로봇 손가락 및 로봇 손을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩뜨리지 않도록 생략될 수 있다.In the following description, only the parts necessary to understand the robot finger and the robot hand having three degrees of freedom according to the embodiment of the present invention are described, and the description of other parts may be omitted so as not to disturb the gist of the present invention.
또한, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명을 가장 적절하게 표현할 수 있도록 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.In addition, the terms or words used in the present specification and claims described below should not be construed as being limited to conventional or dictionary meanings, and meanings consistent with the technical spirit of the present invention so that the present invention can be most appropriately expressed. and should be interpreted as a concept.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한 명세서 전체에서 어떤 구성이 다른 구성과 "연결"된다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 직접 연결뿐만 아니라 다른 구성에 의한 간접 연결도 포함할 수 있으며, "연결"은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 "고정"만을 의미하지 않으며, 연결된 지점을 중심으로 연결된 구성이 회전하는 회전 연결을 의미할 수도 있다.Throughout the specification, when a part "includes" a certain element, it means that other elements may be further included, rather than excluding other elements, unless otherwise stated. In addition, terms such as “…unit”, “…group”, and “module” described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented by hardware or software or a combination of hardware and software. have. In addition, throughout the specification, when a certain component is "connected" with another component, it may include not only direct connection but also indirect connection by other components unless specifically stated to the contrary, and "connection" means that the specifically opposite description is not. Unless otherwise indicated, it does not mean only "fixed", and may refer to a rotational connection in which a configuration connected around a connection point rotates.
여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1 실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.In various embodiments, components having the same configuration will be described with the same reference numerals as representatively described in the first embodiment, and configurations different from those of the first embodiment will be described in other embodiments.
도 1과 도 2에 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 핸드가 도시되어 있다. 도 2는 도 1의 로봇 핸드를 구성하는 각 손가락 기구를 덮어 외형을 형성하는 커버(500)가 결합된 모습을 도시한다. 1 and 2 show a robot hand according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 shows a state in which a
본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 핸드는 도 1에 도시된 바와 같이 인간의 손과 유사한 크기로 구현 가능하면서도 와이어를 사용하는 텐던기반 메커니즘이 아니기 때문에 텐던 조립에 따른 제조 및 유지보수의 어려움이 없다.The robot hand according to an embodiment of the present invention can be implemented in a size similar to that of a human hand as shown in FIG. 1 , but since it is not a tendon-based mechanism using a wire, there is no difficulty in manufacturing and maintenance according to the tendon assembly .
또한 도 1에 도시된 바와 같이 손가락을 구동하기 위한 구동부가 로봇 핸드의 손바닥 내부에 모두 위치될 수 있어 로봇 핸드의 모듈화가 가능하다.In addition, as shown in FIG. 1 , a driving unit for driving a finger can be located inside the palm of the robot hand, so that the robot hand can be modularized.
또한 링크기반 메커니즘을 사용하면서도 도 1에 도시된 바와 같이 손가락 마디에 모터가 위치하지 않아 촉각센서, 힘센서 등의 센서를 추가하기에도 적합하며, 도 2에 도시된 바와 같이 인간의 손가락과 동일하게 3자유도를 가져 인간의 손과 같은 정밀한 동작이 가능하다.In addition, while using a link-based mechanism, as shown in Fig. 1, the motor is not located in the knuckle, so it is suitable for adding sensors such as a tactile sensor and a force sensor. With 3 degrees of freedom, precise movements like human hands are possible.
이하에서는 이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 핸드의 손가락을 구성하는 손가락 기구에 대해 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the finger mechanism constituting the finger of the robot hand according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
도 3에 본 발명의 일 실시예에 따른 인간의 손가락을 모사하는 손가락 기구가 도시되어 있다.3 shows a finger mechanism simulating a human finger according to an embodiment of the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 손가락 기구(100)는 3개의 마디(제1 마디, 제2 마디, 제3 마디), 3개의 관절(제1 관절부, 제2 관절부, 제3 관절부), 그리고 관절을 구동하는 구동부를 포함하여 이루어진다.As shown in Figure 3, the
이하 설명하는 제1 관절부(40)는 손바닥과 손가락 사이의 관절인 MCP(Metacarpophalangeal) 조인트에 대응하고, 제2 관절부(70)는 제1 마디와 제2 마디 사이의 PIP(Proximal interphalangeal) 조인트에 대응하며, 제3 관절부(90)는 제2 마디와 제3 마디 사이의 DIP(Distal interphalangeal) 조인트에 대응한다.The first
이하에서는 도 4 내지 도 8을 참조로 손가락을 굽혔다 펴거나 좌우로 움직이도록 하는 MCP 조인트의 2자유도 움직임을 갖는 본 발명의 제1 실시예에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, a first embodiment of the present invention having two degrees of freedom movement of the MCP joint to bend and straighten fingers or move left and right with reference to FIGS. 4 to 8 will be described.
도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1 실시예에 따른 손가락 기구(100)는 베이스(10), 제1 마디(20), 베이스(10)에 대한 제1 마디(20)의 움직임을 제어하는 제1 구동부(30)와 제1 관절부(40)를 포함하여 이루어진다.As shown in FIG. 4 , the
베이스(10)는 로봇 핸드에서 손바닥(손등)에 해당하는 부분으로서 본 발명의 일 실시예에 따른 손가락 기구(100)는 베이스(10)를 기준으로 움직임을 갖는다. 설명의 편의를 위해 본 발명에서는 베이스(10)가 Z축 방향으로 연장되어 있는 것으로 설명하나 베이스(10)의 방향은 X축 및 Y축을 포함한 어느 방향도 될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.The
제1 마디(20)는 로봇 핸드에서 손가락에 해당하는 부분으로서 후술할 제1 관절부(40)와 제1 구동부(30)에 의해 베이스(10)에 대해 X축을 중심으로 한 회전 움직임(손가락을 접었다 폈다 하는 제1 자유도 움직임) 및 Y축을 중심으로 한 회전 움직임(손가락을 옆으로 까딱까딱 움직이는 제2 자유도 움직임)을 갖는다.The first joint 20 is a part corresponding to a finger in the robot hand, and is rotated about the X axis with respect to the
제1 구동부(30)는 제1 마디(20)의 2자유도 움직임을 구동하기 위한 구동부로서 나란히 병렬로 배치된 제1 액추에이터와 제2 액추에이터로 이루어진다.The
제1 액추에이터와 제2 액추에이터는 각각 도 4에 도시된 바와 같이 모터(31, 32), 모터(31, 32)에 의해 동력을 전달 받아 회전하는 볼스크류(33, 34), 볼스크류(33, 34)에 체결되어 볼스크류(33, 34)의 회전에 따라 아래 위로 움직이는 이동편(35, 36)으로 이루어진 리니어 액추에이터일 수 있으며, 2개의 액추에이터 움직임의 조합에 의해 제1 마디(20)가 X축 방향 회전 움직임을 하거나 Y축 방향 회전 움직임을 하게 된다. The first actuator and the second actuator are respectively
이때, 본 발명에서는 베이스에 각 이동편(35, 34)을 가이드하는 LM 가이드(12)가 베이스(10)에 각각 형성된다. 볼스크류(33, 34)의 회전에 의해 이동편(35, 34)이 볼스크류(33, 34)를 따라 상하 직선이동을 할 때 회전 방향으로 강한 모멘트를 받는데, 이동편(35, 34)을 가이드하는 LM 가이드(12)를 배치시킴에 따라서 모터(31, 32)로부터 동력을 전달 받아 상하 이동할 때 이동편(35, 34)의 구동 안정성이 향상될 수 있다. 이때, 볼스크류(33, 34)와 평행하게 베이스(10) 상에 고정되는 가이드 레일(13) 및 가이드 레일(13)을 따라 이동하며 이동편(35, 34)과 결합하는 가이드 블록(14)으로 형성될 수 있다. At this time, in the present invention, the
또한, 볼스크류(33, 34)와 모터(31, 32) 사이에는 각각 커플링(37, 38)이 배치된다. 상기 커플링(37, 38)은 모터(31, 32)의 축과 볼스크류(33, 34) 사이가 일직선으로 연결되지 않고 소정의 유격이 있더라도 모터(31, 32)와 볼스크류(33, 34) 사이에 안정적으로 동력을 전달할 수 있도록 하여 기구적 안정성을 향상시킨다. In addition,
제1 관절부(40)는 베이스(10)에 회전 가능하게 연결된 상태에서 제1 구동부(30)에 의해 움직임을 갖는다.The first
보다 구체적으로 제1 관절부(40)는 도 4와 도 5에 도시된 바와 같이 프레임(41)을 포함하여 이루어진다. 또한, 베이스(10)와 프레임(41) 사이를 연결하는 회동 프레임(44)을 더 포함할 수 있다. More specifically, the first
도 5에 도시된 바와 같이 U자 형태로 형성되는 회동 프레임(44)의 중간부 제1 지점(①)은 베이스(10)에 대하여 Y축 방향으로 회전 가능하게 연결되고, 프레임(41)의 제2 지점(②)은 상기 제1 액추에이터에 연결되며, 프레임(41)의 제3 지점(③)은 제2 액추에이터에 연결된다. 또한, 회동 프레임(44)의 양단부와 프레임(41) 사이는 X축 방향으로 회동 가능하게 결합된다. As shown in FIG. 5 , the first point (①) of the middle part of the
이때 후술하는 바와 같이 제1 마디(20)의 2자유도 움직임이 가능하려면 프레임(41)이 베이스(10)에 대해 적어도 2자유도의 움직임이 가능하여야 하므로, 베이스(10)와 프레임(41) 사이의 회동 프레임(44)의 결합에 의해 이를 가능하게 한다. 제1 지점(①)에서 베이스(10)와 프레임(41) 사이를 직접 유니버설 조인트로 결합시킬 수도 있다. At this time, as described later, in order to enable movement of the
또한, 프레임(41)의 제2 지점(②)과 제1 액추에이터의 이동편(35) 사이를 제1 링크바(42)로 각각 회전 가능하게 연결하고 프레임(41)의 제3 지점(③)과 제2 액추에이터의 이동편(36) 사이를 제2 링크바(43)로 회전 가능하게 연결하는 것이 바람직하다.In addition, the
이때, 제1 링크바(42)와 프레임(41)의 제2 지점(②) 사이, 제1 링크바(42)와 제1 액추에이터의 이동편(35) 사이, 제2 링크바(43)와 프레임(41)의 제3 지점(③) 사이, 그리고 제2 링크바(43)와 제2 액추에이터의 이동편(36) 사이를 로드 엔드 베어링(45)으로 연결하여 제1 액추에이터와 제2 액추에이터가 동일하게 구동되지 않아 프레임(41)이 Y축을 중심으로 회전하는 움직임을 하더라도 Z축 방향으로 연장된 액추에이터와 Y축을 중심으로 회전된 프레임(41) 사이의 연결 및 구동력 전달이 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.At this time, between the
위와 같이 베이스(10) 및 제1 구동부(30)에 연결된 제1 관절부(40)의 프레임(41)은 도 6에 도시된 바와 같이 제1 액추에이터와 제2 액추에이터가 프레임(41)을 좌우 동일하게 이동시킬 경우(Δd1=Δd2) 프레임(41)이 베이스(10)에 대해 X축을 중심으로 한 회전 움직임을 하게 되고(Grasping), 제1 액추에이터와 제2 액추에이터가 프레임(41)을 동일하게 이동시키지 않을 경우(Δd1≠Δd2), 프레임이 프레임(41)은 베이스(10)에 대해 Y축을 중심으로 한 회전 움직임을 하게 된다(Ab/adduction).The
또한 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 손가락 기구(100)에서 제1 마디(20)는 그 일단부가 프레임(41)에 연결된다. 보다 구체적으로 제1 마디(20)는 프레임(41)의 상부면에 연결된다. 따라서 제1 액추에이터와 제2 액추에이터가 프레임(41)을 동일하게 이동시킬 경우(Δd1=Δd2) 손가락에 해당하는 제1 마디(20)는 도 7에 도시된 바와 같이 손바닥(또는 손등)에 해당하는 베이스(10)에 대해 X축을 중심으로 한 회전 움직임(손가락을 접었다 폈다 하는 제1 자유도 움직임)을 하게 되고, 제1 액추에이터와 제2 액추에이터가 프레임(41)을 동일하게 이동시키지 않을 경우(Δd1≠Δd2) 도 8에 도시된 바와 같이 제1 마디(20)는 베이스(10)에 대해 Y축을 중심으로 한 회전 움직임(손가락을 옆으로 까딱까딱 움직이는 제2 자유도 움직임)을 하게 된다.In addition, as shown in FIG. 4 , in the
이때 균형있는 움직임을 위해 제1 지점(①), 제2 지점(②), 제3 지점(③)은 제2 지점(②)과 제3 지점(③)을 연결하는 선을 밑변으로 하는 가상의 이등변 삼각형의 세꼭지점을 이루도록 하는 것이 바람직하다.At this time, for a balanced movement, the first point (①), the second point (②), and the third point (③) are virtual virtual objects whose base is the line connecting the second point (②) and the third point (③). It is desirable to form the three vertices of an isosceles triangle.
인간의 손가락 움직임을 살펴보면, 손가락을 완전히 폈을 때 손가락은 손바닥과 나란한 위치에 있으며, 손가락을 완전히 접었을 때 손가락은 손바닥과 약 90도를 이룬다.Looking at human finger movements, when the fingers are fully extended, the fingers are in a position parallel to the palms, and when the fingers are fully folded, the fingers form about 90 degrees with the palms.
이러한 움직임을 구현하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 손가락 기구(100)의 프레임(41)도 제1 구동부(30)에 의해 X축을 중심으로 약 90도의 회전을 하도록 구현하여야 한다. In order to implement such a movement, the
또한 제1 구동부(30)의 리니어 액추에이터는 로봇 핸드의 손바닥 내부에 자연스럽게 위치될 수 있도록 베이스(10)의 연장방향과 동일하게 Z축 방향으로 이동되도록 위치하는 것이 바람직하다.In addition, the linear actuator of the
따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 손가락 기구(100)의 프레임(41)은 도 4에 도시된 바와 같이 제1 마디(20)가 베이스(10)와 나란히 Z축 방향으로 기립되어 있을 때 베이스(10)와 약 45도를 이루도록 설치하는 것이 바람직하다. 이 경우 베이스(10)는 약 45도 내지 약 135도 범위 내에서 회전한다.Therefore, the
프레임(41)의 초기 위치를 베이스(10)와 약 45도를 이루도록 설치하고, 제1 링크바(42)와 제2 링크바(43)를 사용하여 프레임(41)과 액추에이터를 사이를 로든 엔드 베어링(45)으로 연결하는 것에 의해 제1 구동부(30)가 로봇 핸드의 손바닥 위치에 Z축 방향의 리니어 액추에이터로 구현되더라도 도 7에 도시된 바와 같이 제1 마디(20)가 Z축 방향으로 서있는 위치에서 90도로 꺽이는 방향까지 X축을 중심으로 한 회전 움직임이 가능하다.The initial position of the
지금까지 설명한 바와 같이 본 발명의 제1 실시예에 따른 손가락 기구(100)는 MCP 조인트의 2자유도를 구현한 손가락 기구(100)로서 링크 기반 메커니즘을 기반으로 하면서도 제1 구동부(30)가 2개의 액추에이터를 나란히 병렬로 위치시키고 2개의 액추에이터 움직임의 조합으로 MCP조인트의 2자유도를 구현함으로써 기존 링크 메커니즘 보다 2배의 하중을 견딜 수 있는 장점이 있다.As described so far, the
다음으로, 도 9 내지 도 11을 참조로 본 발명의 제2 실시예에 따른 손가락 기구(200)에 대하여 설명한다.Next, a
본 발명의 제2 실시예에 따른 손가락 기구(200)는 제1 실시예에 따른 손가락 기구(100)가 구현한 2자유도를 갖는 MCP 조인트는 물론 MCP 조인트에 독립적인 PIP 조인트의 움직임을 구현한 것을 특징으로 한다.The
본 발명의 제2 실시예에 따른 손가락 기구(200)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 손가락 기구(100)에 제2 마디(50), 제1 마디(20)에 대한 제2 마디(50)의 움직임을 제어하는 제2 구동부(60)와 제2 관절부(70)를 더 포함하여 구성된다.The
제2 마디(50)는 제1 마디(20)로부터 연장되도록 그 일단부가 제1 마디(20)의 타단부와 연결된다. 제1 마디(20)가 손바닥에서 이어지는 손가락의 첫 번째 마디라면 제2 마디(50)는 손가락의 두 번째 마디에 해당하는 구성이다. The
손가락의 첫 번째 마디가 두 번째 마디와 PIP 조인트에 의해 연결되며, 두 번째 마디가 PIP 조인트에 의해 첫 번째 마디가 고정된 상태에서도 첫 번째 마디에 대해 회전 운동(굽혀짐)이 가능한 것처럼 본 발명의 제2 실시예에 따른 손가락 기구(200)도 제2 마디(50)가 제1 마디(20)에 대해 회전 가능하도록 연결된다. 보다 구체적으로 도 9에 도시된 바와 같이 제1 마디(20) 타단부의 제4 지점(④)과 제2 마디(50) 일단부의 제6 지점(⑥)을 핀으로 연결하여 연결 지점을 중심으로 제2 마디(50)가 제1 마디(20)에 대해 회전 움직임이 허용되도록 구성할 수 있다.The first joint of the finger is connected to the second joint by the PIP joint, and the second joint of the present invention is capable of rotational movement (bending) with respect to the first joint even when the first joint is fixed by the PIP joint. In the
제2 구동부(60)는 제2 마디(50)가 제1 마디(20)에 대해 회전 움직임을 가질 수 있도록 구동하는 구동부이다. 제2 구동부(60)는 도 9에 도시된 바와 같이 모터(61), 모터(61)에 의해 회전하는 볼스크류(62), 볼스크류(62)에 체결되어 볼스크류(62)의 회전에 따라 아래 위로 움직이는 이동편(63)으로 이루어지며 Z축 방향으로 구동되는 하나의 리니어 액추에이터로 구성될 수 있다.The
본 실시예에서도 전술한 실시예와 마찬가지로 베이스(10) 상에 이동편(63)을 가이드하도록 가이드 레일(13)과 가이드 블록(14)을 포함하는 LM 가이드(16)가 형성될 수 있고, 볼스크류(62)와 모터(61)의 축 사이에는 커플링(64)이 배치될 수 있다. In this embodiment, as in the previous embodiment, the
또한 제2 구동부(60)는 Z축 방향에 있어서 제1 구동부(30)와 동일한 위치에 위치한다. 보다 구체적으로는 도 9에 도시된 바와 같이 제2 구동부(60)는 제1 구동부(30)보다 베이스(10)쪽에 가깝게 위치하여 제1 구동부(30)를 구성하는 2개의 액추에이터와 제2 구동부(60)의 액추에이터가 삼각형을 이루도록 배치될 수 있다.In addition, the
또한 제1 구동부(30)와 제2 구동부(60)는 제1 관절부(40)(보다 구체적으로는 프레임(41))를 기준으로 Z축 방향 일측에 위치하고, 제1 마디(20), 제2 마디(50) 는 제1 관절부(40)를 기준으로 Z축 방향 타측에 위치한다.In addition, the
종래의 링크기반 메커니즘의 로봇 손가락들이 손가락 마디 부분에 모터를 넣어 관절에 동력을 전달하는 것과 달리 본 발명의 제2 실시예에 따른 손가락 기구(200)의 제1 구동부(30)와 제2 구동부(60)는 모두 제1 관절부(40)보다 Z축 방향 아래인 로봇 핸드의 손바닥 부분에 위치될 수 있다. 따라서 로봇 핸드의 단부에 힘 센서, 촉각 센서 등을 추가할 때 로봇 손가락 내부를 통해 신호선이 자유롭게 센서까지 연결될 수 있다.The
다음으로, 제2 관절부(70)는 도 9에 도시된 바와 같이 벨 크랭크(71)를 포함하여 이루어진다.Next, the second joint portion 70 includes a bell crank 71 as shown in FIG. 9 .
벨 크랭크(71)는 일단부에서 받은 힘의 방향과 크기를 변경하여 타단부로 전달하는 ㄱ자 모양으로 꺾인 형태의 레버이다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 손가락 기구(200)에서 벨 크랭크(71)는 제2 구동부(60)의 구동력을 제2 마디(50)로 전달하여 제2 마디(50)가 제1 마디(20)에 대해 회전 움직임을 할 수 있도록 한다. 이를 위해 벨 크랭크(71)의 중심(71-1)은 프레임(41)에 회전 가능하게 연결되고, 제1 단부(71-2)는 제2 구동부(60)에 연결되고, 제2 단부(71-3)는 제2 마디(50)에 연결된다.The
보다 구체적으로 벨 크랭크(71)는 프레임(41)보다 Z축 방향 위쪽에 위치하고 제2 구동부(60)는 프레임(41) 보다 Z축 방향 아래쪽에 위치하기 때문에 벨 크랭크(71)의 제1 단부(71-2)와 제2 구동부(60)의 이동편(63) 사이는 프레임(41)을 관통하는 제3 링크바(72)에 의해 회전 가능하게 연결될 수 있다. 또한 제2 마디(50)는 제1 마디(20)의 타단부에 연결되어 있으므로 벨 크랭크(71)의 제2 단부(71-3)와 제2 마디(50) 사이는 제4 링크바(73)에 의해 회전 가능하게 연결될 수 있다. 이때 제4 링크바(73)는 제2 마디(50)의 제7 지점(⑦)에 연결되며, 제7 지점(⑦)은 제6 지점(⑥)으로부터 제2 마디(50)의 회전방향쪽(손가락이 굽어지는 방향)으로 이격된 지점이다.More specifically, since the bell crank 71 is located above the
이와 같이 연결된 제2 구동부(60)와 제2 관절부(70)에 의한 제2 마디(50)의 움직임을 설명하면 다음과 같다.The movement of the
도 10에 도시된 바와 같이 제2 구동부(60)가 구동되지 않은 상태에서 벨 크랭크(71)가 프레임(41)과 각도 θ를 이루고 있을 때, 제2 구동부(60)가 작동하여 제3 링크바(72)를 당기면 벨 크랭크(71)는 중심(71-1)을 중심으로 회전하고 제2 단부(71-3)에 연결된 제4 링크바(73)가 아래쪽으로 당겨진다.As shown in FIG. 10 , when the bell crank 71 forms an angle θ with the
이러한 동작에 의해 도 11에 도시된 바와 같이 벨 크랭크(71)와 프레임(41) 사이의 각도가 더 작아지며, 제1 마디(20)의 타단부와 연결된 제2 마디(50)의 제6 지점(⑥)은 고정된 상태에서 제4 링크바(73)가 연결된 제7 지점(⑦)만 아래로 당겨지면서 제2 마디(50)가 제6 지점(⑥)을 중심으로 제1 마디(20)에 대해 회전하게 된다.By this operation, as shown in FIG. 11 , the angle between the bell crank 71 and the
또한 제1 구동부(30)가 작동하여 제1 마디(20)가 X축을 중심으로 회전(제1 마디(20)가 구부러지는 동작)하더라도 제2 구동부(60)가 구동하여 벨 크랭크(71)와 프레임(41)이 이루는 각도가 변하지 않도록 제어하면, 제2 마디(50)는 제1 마디(20)에 대해 회전하지 않는 상태로 제2 마디(50)와 함께 회전할 수 있다. 즉, 제1 구동부(30)가 구동되어 도 7에 도시된 바와 같이 제1 마디(20)가 회전하더라도 벨 크랭크(71)와 프레임(41)이 이루는 각도 θ가 변하지 않도록 제어하면 제2 마디(50)는 제1 마디(20)에 대해 회전하지 않고 제1 마디(20)와 제2 마디(50)가 일직선으로 연장된 상태로 손가락이 굽혀지는 동작을 구현할 수 있다.In addition, even if the
지금까지 설명한 바와 같이 본 발명의 제2 실시예에 따른 손가락 기구(200)는 MCP 조인트의 2자유도와 PIP 조인트의 1자유도를 합하여 3자유도를 구현한 손가락 기구로서 링크 기반 메커니즘을 기반으로 하면서도 벨 크랭크(71)를 이용하여 제1 관절부(40) 보다 아래에 위치한 제2 구동부(60)로부터의 동력을 제1 관절부(40) 보다 위에 위치한 제2 관절부(70)로 전달해 주어 손가락 마디마다 관절을 구동하는 모터를 구비해야 했던 종래 링크 기반 메커니즘의 문제점을 해결한 장점을 갖는다.As described so far, the
다음으로, 도 12 내지 도 14를 참조로 본 발명의 제3 실시예에 따른 손가락 기구(300)에 대하여 설명한다.Next, a
본 발명의 제3 실시예에 따른 손가락 기구(300)는 본 발명의 제2 실시예에 따른 손가락 기구(200)에 제3 마디(80), 제3 관절부(90)를 더 포함하여 구성된다.The
제3 마디(80)는 제2 마디(50)로부터 연장되도록 그 일단부가 제2 마디(50)의 타단부와 연결된다. 제1 마디(20)가 손바닥에서 이어지는 손가락의 첫 번째 마디, 제2 마디(50)가 손가락의 두 번째 마디라면 제3 마디(80)는 손가락의 세 번째 마디인 손 끝에 해당하는 구성이다. The
손가락의 두 번째 마디가 세 번째 마디와 DIP 조인트에 의해 연결되며, 세 번째 마디가 DIP 조인트에 의해 두 번째 마디에 대해 독립적으로 움직이지 않는 것처럼 본 발명의 제3 실시예에 따른 손가락 기구(300)는 제3 마디를 구동하기 위한 별도의 구동부를 구비하지 않는다.The
또한 손가락의 두 번째 마디가 첫 번째 마디에 대해 회전할 때 세 번째 마디는 두 번째 마디에 연동되어 회전하되 두 번째 마디보다 더 큰 각도로 회전하는 것처럼 본 발명의 제3 실시예에 따른 손가락 기구(300)의 제3 관절부(90)도 제2 마디(50)가 제1 마디(20)에 대해 회전할 때 제3 마디가 연동되어 회전하되 제2 마디(50)보다 더 큰 각도록 회전되도록 한다.In addition, when the second joint of the finger rotates relative to the first, the third joint rotates in conjunction with the second joint, but rotates at a larger angle than the second joint, so that the finger mechanism according to the third embodiment of the present invention ( When the third
이러한 본 발명의 제3 실시예에 따른 손가락 기구(300)를 도 12를 참조로 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.The
본 발명의 제3 실시예에 따른 손가락 기구(300)는 도 12에 도시된 바와 같이 제3 마디(80) 일단부의 제8 지점(⑧)이 제2 마디(50)의 타단부에 연결된다.In the
또한 제3 관절부(90)는 일단부가 제1 마디(20)의 타단부 제5 지점(⑤)에 연결되고 타단부가 제3 마디(80)의 일단부 제9 지점(⑨)에 연결되는 링크바(90)를 포함한다.In addition, the third
링크바(90)의 일단부가 연결된 제1 마디(20) 타단부의 제5 지점(⑤)은 제2 마디(50)의 일단부가 연결된 제1 마디(20) 타단부의 제4 지점(④)으로부터 제2 마디(50)의 회전방향 반대쪽으로 이격되고, 링크바(90)의 타단부가 연결된 제3 마디 일단부의 제9 지점(⑨)은 제2 마디(50)의 타단부가 연결된 제3 마디 일단부의 제8 지점(⑧)으로부터 제2 마디(50)의 회전방향쪽으로 이격되어 있다.The fifth point (⑤) of the other end of the first node (20) connected to one end of the link bar (90) is the fourth point (④) of the other end of the first node (20) connected to one end of the second node (50) The ninth point (⑨) of one end of the third node that is spaced apart from the
따라서 제2 마디(50)가 제1 마디(20)에 대해 회전할 때 제3 마디는 링크바(90)에 의해 제9 지점이 당겨지면서 도 13과 도 14에 도시된 바와 같이 제2 마디(50) 보다 더 큰 각도로 회전하게 된다.Therefore, when the
이때 제2 마디(50)의 회전반경과 제3 마디의 회전반경 비율은 인간의 손가락과 유사하도록 1: 1.4 정도로 설정하는 것이 바람직하다.At this time, the ratio of the rotation radius of the
지금까지 설명한 바와 같이 본 발명의 제3 실시예에 따른 손가락 기구(300)는 MCP 조인트의 2자유도와 PIP 조인트의 1자유도를 합하여 3자유도를 구현하였을 뿐만 아니라 인간의 손가락과 같이 제3 마디의 수동 움직임까지 구현하여 인간의 손가락과 같은 모든 움직임이 가능한 장점을 갖는다.As described so far, the
또한 간단한 링크 구조로 3자유도를 갖는 손가락 기구(300)가 구현됨에 따라 비교적 저렴한 가격으로 손가락 기구(300)를 제조할 수 있는 장점을 갖는다.In addition, since the
또한 손가락 기구(300)를 구동하기 위한 구동부가 모두 손가락 기구(300)의 아래쪽에 위치하여 센서 통합에 유리하며, 구동부가 베이스(10)가 연장된 Z축 방향으로 구동되는 리니어 액추에이터로 구성되어 로봇 핸드의 손바닥 영역에 모두 위치시킬 수 있어 로봇 핸드의 모듈화가 가능한 장점을 갖는다.In addition, the driving part for driving the
다음, 도 15 내지 도 17을 참고로 본 발명의 일 실시예에 다른 로봇 핸드를 보다 자세히 설명하기로 한다. Next, a robot hand according to an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 15 to 17 .
도 4 내지 도 14를 참조로 전술한 구성의 손가락 기구(100, 200, 300)를 복수 개 조합하여 로봇 핸드를 구성할 수 있다. 사람의 손과 동일하게 다섯 개의 손가락 기구를 이용하여 로봇 핸드를 구성할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. A robot hand may be configured by combining a plurality of
사람의 손과 동일하게 엄지 손가락을 구현하기 위해서 손바닥의 CP (carpometacarpal) 조인트에서의 움직임은 엄지 손가락의 움직임으로 파악될 수 있으므로, 엄지 손가락도 동일하게 3개의 마디로 3자유도를 갖는 손가락 기구로 구성될 수 있다. In order to implement the thumb in the same way as a human hand, the movement at the CP (carpometacarpal) joint of the palm can be understood as the movement of the thumb, so the thumb is also composed of a finger mechanism with three degrees of freedom with three joints. can be
이때, 검지, 중지, 약지, 소지를 구현하기 위해 종방향으로 배치되는 손가락 기구와는 달리 횡방향으로 손가락 기구를 배치시킴으로써 엄지 손가락을 구현할 수가 있다. At this time, unlike the finger mechanism arranged in the longitudinal direction to implement the index finger, middle finger, ring finger, and small finger, the thumb can be implemented by arranging the finger mechanism in the lateral direction.
검지, 중지, 약지, 소지에 대응되는 복수의 손가락 기구들이 배열되는 방향과 평행한 방향으로 엄지 손가락에 대응되는 손가락 기구를 배치시키는 경우 물건을 파지할 때 강한 힘을 전달하는 것이 어려운 문제점이 발생한다. 도 15에서와 같이 엄지와 검지의 핑거팁이 서로 맞닿을 수 있도록 엄지 손가락에 대응하는 손가락 기구를 배치시키는 경우 물건을 파지할 때 보다 효율적으로 물건을 파지할 수가 있다. 따라서, 도 16에서와 같이 검지, 중지, 약지, 소지에 대응되는 복수의 손가락 기구들이 배열되는 방향과 소정의 각도를 가지도록 엄지 손가락에 대응되는 손가락 기구를 배치시킴으로써 두 핑거팁이 서로 맞닿을 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 이때, 도 16에 도시되어 있는 것과 같이 중지에 대응되는 손가락 기구가 약간 위에 배치될 수 있으므로, 엄지 손가락에 대응되는 손가락 기구의 구동부가 중지 아래의 공간에 관통하도록 배치시킬 수 있다. When a finger device corresponding to the thumb is disposed in a direction parallel to the direction in which a plurality of finger devices corresponding to the index, middle, ring, and small fingers are arranged, it is difficult to transmit a strong force when gripping an object. . As shown in FIG. 15 , when a finger mechanism corresponding to the thumb is disposed so that the fingertips of the thumb and the index finger come into contact with each other, the object can be gripped more efficiently. Therefore, as shown in FIG. 16 , the two fingertips can be in contact with each other by arranging the finger instruments corresponding to the thumb so as to have a predetermined angle with the direction in which the plurality of finger instruments corresponding to the index, middle, ring, and small fingers are arranged. It is desirable to have At this time, as shown in FIG. 16 , since the finger mechanism corresponding to the middle finger may be disposed slightly above, the driving part of the finger mechanism corresponding to the thumb may be disposed to penetrate the space under the middle finger.
도 2에 도시되어 있는 것과 같이 로봇 핸드는 복수의 손가락 기구를 덮는 커버(500)를 더 포함할 수 있다. 손바닥(손등)에 대응되는 커버(501)와 손가락에 대응되는 커버(502)로 크게 나뉠 수가 있는데, 손바닥에 대응되는 커버(501)에 손가락 기구의 베이스(10)를 고정시키고 이때 상기 커버(501)는 베이스(10)를 덮어 손바닥을 형성하게 된다. 전술한 바와 같이 본 발명에서는 손가락 기구를 구동시키는 구동부는 모두 손바닥에 대응되는 커버 내에 위치하게 된다. As shown in FIG. 2 , the robot hand may further include a
비록 지금까지 본 발명의 실시예에 따른 인간의 손가락을 모사하는 손가락 기구 및 로봇 핸드를 구체적인 실시예를 참고로 한정되게 설명하였으나 본 발명은 이러한 구체적인 실시예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에 청구된 발명의 사상 및 그 영역을 이탈하지 않으면서 다양한 변화 및 변경이 있을 수 있음을 이해하여야 할 것이다. Although the finger mechanism and robot hand simulating a human finger according to an embodiment of the present invention have been limitedly described with reference to specific embodiments, the present invention is not limited to these specific embodiments, and is claimed in the claims. It should be understood that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention.
또한 본 발명의 실시예에 따른 인간의 손을 모사하는 손가락 기구는 로봇 핸드 외에도 집게 등 손가락과 유사한 동작이 필요한 다른 장치의 구성요소로 사용될 수 있음을 이해하여야 할 것이다.In addition, it should be understood that the finger mechanism simulating a human hand according to an embodiment of the present invention can be used as a component of other devices that require a finger-like motion, such as a forefinger, in addition to a robot hand.
10: 베이스
12: LM 가이드
13: 가이드 레일
14: 가이드 블록
16: LM 가이드
17: 가이드 레일
18: 가이드 블록
20: 제1 마디
30: 제1 구동부
31: 모터
32: 모터
33: 볼스크류
34: 볼스크류
35: 이동편
36: 이동편
37: 커플링
38: 커플링
40: 제1 관절부
41: 프레임
42: 제1 링크바
43: 제2 링크바
44: 회동 프레임
45: 로드 앤드 베어링
50: 제2 마디
60: 제2 구동부
61: 모터
62: 볼스크류
63: 이동편
64: 커플링
70: 제2 관절부
71: 벨 크랭크
72: 제3 링크바
73: 제4 링크바
80: 제3 마디
90: 제3 관절부, 링크바
100, 200, 300: 손가락 기구
500: 커버10: Base 12: LM Guide
13: guide rail 14: guide block
16: LM guide 17: guide rail
18: guide block 20: first node
30: first driving unit 31: motor
32: motor 33: ball screw
34: ball screw 35: moving piece
36: moving piece 37: coupling
38: coupling 40: first joint part
41: frame 42: first link bar
43: second link bar 44: rotation frame
45: rod end bearing 50: second node
60: second driving unit 61: motor
62: ball screw 63: moving piece
64: coupling 70: second joint part
71: bell crank 72: third link bar
73: fourth link bar 80: third bar
90: third joint part,
500: cover
Claims (15)
상기 제1 구동부는 각각 모터, 볼스크류, 상기 모터와 상기 볼스크류 사이를 동력 전달 가능하게 연결하는 커플링, 및 상기 커플링을 따라 직선 이동하는 이동편을 포함하는 제1 액추에이터와 제2 액추에이터를 포함하고,
상기 제1 관절부는 상기 베이스에 대하여 회전 가능하게 연결되고, 제2 지점이 상기 제1 액추에이터에 연결되며, 제3 지점이 상기 제2 액추에이터에 연결되어 상기 제1 구동부의 구동에 따라 회전하는 프레임을 포함하고,
상기 제1 마디는 그 일단부가 상기 프레임에 연결되어, 상기 제1 액추에이터와 제2 액추에이터가 상기 제2 지점과 제3 지점을 동일하게 이동시킬 경우 상기 제1 마디가 상기 베이스에 대해 X축을 중심으로 회전하고, 상기 제1 액추에이터와 제2 액추에이터가 상기 제2 지점과 제3 지점을 동일하지 않게 이동시킬 경우 상기 제1 마디가 상기 베이스에 대해 Y축을 중심으로 회전하는 것을 특징으로 하는 인간의 손가락을 모사하는 손가락 기구.a base extending in the Z-axis direction; 1st word; Consists of including a first driving unit and a first joint for controlling the movement of the first node with respect to the base,
The first driving unit includes a motor, a ball screw, a coupling that enables power transmission between the motor and the ball screw, and a first actuator and a second actuator including a moving piece that moves linearly along the coupling. including,
The first joint part is rotatably connected with respect to the base, a second point is connected to the first actuator, and a third point is connected to the second actuator to rotate according to the driving of the first driving part. including,
The first node has one end connected to the frame, so that when the first actuator and the second actuator move the second point and the third point equally, the first node moves around the X-axis with respect to the base. a human finger, characterized in that when the first actuator and the second actuator move the second point and the third point unequal to the base, the first joint rotates about the Y axis with respect to the base imitation finger tool.
상기 베이스에 형성되어 상기 이동편의 이동을 가이드하는 LM 가이드를 더 포함하는 인간의 손가락을 모사하는 손가락 기구.According to claim 1,
A finger mechanism simulating a human finger further comprising an LM guide formed on the base to guide the movement of the moving piece.
상기 제1 액추에이터와 제2 액추에이터는 Z축 방향으로 구동하는 리니어 액추에이터이고,
상기 제1 관절부는 상기 제2 지점과 상기 제1 액추에이터의 이동편 사이에 각각 회전 가능하게 연결되는 제1 링크바 및 제3 지점과 상기 제2 액추에이터의 이동편 사이에 각각 회전 가능하게 연결되는 제2 링크바를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인간의 손가락을 모사하는 손가락 기구.According to claim 1,
The first actuator and the second actuator are linear actuators driven in the Z-axis direction,
The first joint portion is a first link bar rotatably connected between the second point and the moving piece of the first actuator, respectively, and a third rotatably connected between the third point and the moving piece of the second actuator, respectively. 2 A finger mechanism simulating a human finger, characterized in that it further comprises a link bar.
상기 프레임은 상기 베이스 사이에 유니버설 조인트에 의해 직접 연결되는 인간의 손가락을 모사하는 손가락 기구.According to claim 1,
The frame is a finger mechanism simulating a human finger directly connected by a universal joint between the base.
상기 제 1 관절부는 중간부가 상기 베이스에 Y축 방향으로 회동 가능하게 결합되고 양 단부가 상기 프레임에 X축 방향으로 회동 가능하게 결합되는 U자 형태의 회동 프레임을 더 포함하는 인간의 손가락을 모사하는 손가락 기구.According to claim 1,
The first joint portion is rotatably coupled to the base in the Y-axis direction and both ends are rotatably coupled to the frame in the X-axis direction. finger tools.
상기 제1 링크바와 상기 제2 지점, 상기 제1 링크바와 상기 제1 액추에이터의 이동편, 상기 제2 링크바와 상기 제3 지점, 상기 제2 링크바와 상기 제2 액추에이터의 이동부 사이는 로드 엔드 베어링에 의해 연결된 것을 특징으로 하는 인간의 손가락을 모사하는 손가락 기구.4. The method of claim 3,
A rod end bearing between the first link bar and the second point, the first link bar and the moving piece of the first actuator, the second link bar and the third point, and the second link bar and the moving part of the second actuator A finger mechanism simulating a human finger, characterized in that it is connected by.
상기 제1 지점, 제2 지점, 제3 지점은 제2 지점과 제3 지점을 연결하는 선을 밑변으로 하는 가상의 이등변 삼각형의 세꼭지점을 이루는 것을 특징으로 하는 인간의 손가락을 모사하는 손가락 기구.According to claim 1,
The first point, the second point, and the third point form three vertices of an imaginary isosceles triangle whose base is a line connecting the second point and the third point.
제2 마디, 및 상기 제1 마디에 대한 상기 제2 마디의 움직임을 제어하는 제2 구동부와 제2 관절부를 더 포함하고,
상기 제1 마디의 타단부 제4 지점과 상기 제2 마디의 일단부 제6 지점이 회전 가능하게 연결되고,
상기 제2 관절부는 중심이 상기 프레임에 회전 가능하게 연결되고, 제1 단부가 상기 제2 구동부에 연결되고, 제2 단부가 상기 제6 지점으로부터 상기 제2 마디의 회전방향쪽으로 이격된 상기 제2 마디의 일단부 제7 지점에 연결된 벨 크랭크를 포함하고,
상기 제2 구동부는 모터, 볼스크류, 상기 모터와 상기 볼스크류 사이를 동력 전달 가능하게 연결하는 커플링, 및 상기 커플링을 따라 직선 이동하는 이동편을 포함하는 것을 특징으로 하는 인간의 손가락을 모사하는 손가락 기구.According to claim 1,
Further comprising a second joint and a second driving unit and a second joint for controlling the movement of the second node with respect to the second node, and the first node,
A fourth point of the other end of the first node and a sixth point of one end of the second node are rotatably connected,
The second joint part has a center rotatably connected to the frame, a first end connected to the second driving part, and a second end spaced apart from the sixth point in the direction of rotation of the second node. a bell crank connected to a seventh point at one end of the node;
The second driving unit mimics a human finger, characterized in that it includes a motor, a ball screw, a coupling that enables power transmission between the motor and the ball screw, and a moving piece that moves linearly along the coupling. finger tool.
상기 베이스에 형성되어 상기 제2 구동부의 이동편의 이동을 가이드하는 LM 가이드를 더 포함하는 인간의 손가락을 모사하는 손가락 기구.9. The method of claim 8,
The finger mechanism for simulating a human finger further comprising an LM guide formed on the base to guide the movement of the moving piece of the second driving unit.
상기 제1 구동부와 제2 구동부는 상기 제1 관절부를 기준으로 Z축방향 일측에 위치하고, 상기 제1 마디, 제2 마디는 상기 제1 관절부를 기준으로 Z축방향 타측에 위치하는 것을 특징으로 하는 인간의 손가락을 모사하는 손가락 기구.9. The method of claim 8,
The first driving unit and the second driving unit are located on one side in the Z-axis direction with respect to the first joint portion, and the first node and the second node are located on the other side in the Z-axis direction with respect to the first joint portion. A finger mechanism that mimics a human finger.
상기 벨 크랭크는 상기 프레임을 기준으로 상기 제1 마디와 같은 쪽에 위치하며,
상기 제2 관절부는 상기 프레임을 관통하여 상기 제2 구동부의 이동편과 상기 벨 크랭크의 제1 단부 사이에 각각 회전 가능하게 연결되는 제3 링크바 및 상기 벨 크랭크의 제2 단부와 상기 제7 지점을 사이에 각각 회전 가능하게 연결되는 제4 링크바를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인간의 손가락을 모사하는 손가락 기구.9. The method of claim 8,
The bell crank is located on the same side as the first node with respect to the frame,
The second joint part passes through the frame and is rotatably connected between the moving piece of the second driving part and the first end of the bell crank, and a third link bar and the second end and the seventh point of the bell crank. A finger mechanism simulating a human finger, characterized in that it further comprises a fourth link bar rotatably connected between each.
제3 마디, 및 상기 제1 마디에 대한 상기 제2 마디의 움직임에 연동되도록 상기 제3 마디의 움직임을 제어하는 제3 관절부를 더 포함하고,
상기 제3 마디의 일단부 제8 지점이 상기 제2 마디의 타측에 연결되고,
상기 제3 관절부는 일단부가 상기 제1 마디의 타단부 제5 지점에 연결되고 타단부가 상기 제3 마디의 일단부 제9 지점에 연결되는 제5 링크바를 포함하며,
상기 제5 지점은 상기 제4 지점으로부터 상기 제2 마디의 회전방향 반대쪽으로 이격되고, 상기 제9 지점은 상기 제8 지점으로부터 상기 제2 마디의 회전방향쪽으로 이격된 것을 특징으로 하는 인간의 손가락을 모사하는 손가락 기구.9. The method of claim 8,
A third joint, and a third joint for controlling the movement of the third node to be linked to the movement of the second node with respect to the first node,
An eighth point of one end of the third node is connected to the other side of the second node,
The third joint portion includes a fifth link bar having one end connected to a fifth point of the other end of the first node and the other end connected to a ninth point of one end of the third node,
The fifth point is spaced apart from the fourth point in the direction opposite to the rotation direction of the second node, and the ninth point is spaced apart from the eighth point in the rotation direction of the second node. imitation finger tool.
상기 복수 개의 손가락 기구의 베이스를 덮고 상기 로봇 핸드의 손 바닥을 구성하는 커버를 더 포함하는 로봇 핸드.14. The method of claim 13,
The robot hand further comprising a cover covering the base of the plurality of finger instruments and constituting the palm of the robot hand.
상기 복수 개의 손가락 기구를 구동하는 구동부는 모두 상기 커버 내부에 위치하는 것을 특징으로 하는 로봇 핸드.
15. The method of claim 14,
The robot hand, characterized in that all the driving units for driving the plurality of finger mechanisms are located inside the cover.
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CN115890716A (en) * | 2022-12-26 | 2023-04-04 | 帕西尼感知科技(张家港)有限公司 | Finger joint, finger, mechanical paw and robot comprising attachment |
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