KR20220144854A - 로봇 핸드 - Google Patents

Abstract

베이스 섹션; 베이스 섹션 조인트에 의해 베이스 섹션에 연결되고 n 개의 팔랑크스들을 포함하는 제 1 핑거; 베이스 섹션 조인트에 의해 베이스 섹션에 연결되고 n+m 개의 팔랑크스들을 포함하는 제 2 핑거를 포함하는 로봇 그리퍼가 개시되며, 제 2 핑거의 각각의 팔랑크스는 팔랑크스 조인트에 의해 인접한 팔랑크스에 연결되고, 제 1 및 제 2 핑거들은 서로 마주할 수 있으며, n 및 m은 양의 정수들이다.

Description

로봇 핸드

본 발명은 로봇 핸드(robot hand)에 관한 것이다. 본 발명의 실시형태들은 로봇 그리퍼(robot gripper) 및 로봇에 관한 것이다.

로봇 핸드 및 그리퍼 장치들(이는 본 명세서에서 로봇 또는 로보틱 그리퍼라고도 칭해질 수 있음)을 포함하는 로봇 디바이스들이 제조 산업과 같은 산업들에 알려져 있다. 흔히, 다양한 대상물들을 조작할 수 있는 것이 이러한 로봇 디바이스들의 핵심 기능이다. 하지만, 대상물들을 조작하고 평평한 표면에서 대상물들을 집을 수 있는 알려진 로보틱 그리퍼들은, 특히 이러한 그리퍼들이 인간의 손을 밀접하게 모방하도록 설계되는 경우에 그 구성이 복잡한 경향이 있다.

본 발명의 목적은 앞선 문제점들을 완화하거나 실질적으로 완화하는 로봇 그리퍼를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 베이스 섹션; 베이스 섹션 조인트에 의해 베이스 섹션에 연결되고 n 개의 팔랑크스(phalanx)들을 포함하는 제 1 핑거; 베이스 섹션 조인트에 의해 베이스 섹션에 연결되고 n+m 개의 팔랑크스들을 포함하는 제 2 핑거를 포함하는 로봇 그리퍼가 제공되며, 제 2 핑거의 각각의 팔랑크스는 팔랑크스 조인트에 의해 인접한 팔랑크스에 연결되고, 제 1 및 제 2 핑거들은 서로 마주할 수 있으며, n 및 m은 양의 정수들이다.

본 발명은 핑거들이 비대칭 구성을 갖는 로봇 그리퍼를 제공한다. 이러한 구성은 유리하게는, 예를 들어 두 핑거들 사이에서 대상물을 굴림(roll)으로써 대상물들을 잡고 조작하는 능력을 제공한다. 또한, 이 구성은 그리퍼가 손을 갖게 한다.

로봇 그리퍼의 일 구성에서, n 및 m의 값들은 둘 다 동일한 1로 설정되어 제 1 핑거가 피봇가능한 조인트에 의해 베이스 섹션에 연결되는 제 1 팔랑크스를 포함하고 제 2 핑거가 제 1 팔랑크스 및 제 2 팔랑크스를 포함하도록 할 수 있으며, 제 2 핑거는 베이스와 제 1 팔랑크스 사이, 및 제 1 팔랑크스와 제 2 팔랑크스 사이에 피봇가능한 조인트들을 포함한다. 이 구성은 컴팩트하고(총 3 개의 팔랑크스를 포함함) 대상물을 잡고 굴릴 수 있는 로봇 그리퍼를 편리하게 제공한다.

베이스 섹션은 베이스 섹션 조인트들 사이에서 연장되는 표면을 포함할 수 있으며, 베이스 섹션 조인트들 사이의 거리는 제 2 핑거의 제 1 팔랑크스와 실질적으로 동일한 길이이고, 제 1 및 제 2 핑거들이 서로 평행하게 되어 제 1 핑거의 제 1 팔랑크스가 제 2 핑거의 제 2 팔랑크스에 인접하도록 할 수 있다. 로봇 그리퍼의 구성 부품들은 2 개의 핑거들이 함께 모여 팁(tip)들이 만나게 할 수 있도록 치수가 편리하게 정해질 수 있다. 이는 로봇 그리퍼가 대상물들을 더 쉽게 집어들 수 있도록 한다.

각각의 조인트는 축을 중심으로 회전가능할 수 있고, 로봇 그리퍼 내의 모든 조인트들의 축들은 서로 평행할 수 있다.

각각의 조인트는 모터를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 그리퍼는 완전히 작동될 수 있고, 이는 로봇 그리퍼의 핑거들의 완전한 제어를 허용한다. 이는 로봇 그리퍼가 취할 수 있는 그리핑 위치들을 돕는다.

제 1 팔랑크스들과 연계된 모터들은 베이스 섹션 내에 위치될 수 있다. 제 2 팔랑크스와 연계된 모터는 핑거 내에 위치될 수 있다. 모터들이 핑거 내에 위치되는 경우, 이는 모든 제어 요소들이 그리퍼 자체 내에 통합되는 그리퍼를 제공하며, 이는 교체 그리퍼들로 하여금, 예를 들어 리스트(wrist) 연결을 통해 최소한의 어려움으로 로봇에 부착되게 한다.

그리퍼는 리스트 연결을 통해 베이스에 회전가능하게 연결되는 아암(arm) 섹션을 더 포함할 수 있으며, 각각의 모터는 조인트들로부터 멀리 떨어진 리스트 부분 내에 위치될 수 있고, 각각의 모터는 텐던 결합(tendon linkage)에 의해 조인트에 연결된다. 그리퍼 내에 모터들을 통합하는 것에 대한 대안예로서, 이 구성은 내부에 모터들을 통합할 필요가 없기 때문에 그리퍼의 부피(bulk)가 감소되는 그리퍼를 제공한다.

각각의 핑거는 팁 부분을 포함할 수 있고, 핑거들은 각각의 핑거의 팁 부분들이 접촉하는 핀치 구성(pinch configuration)과 개방 구성(open configuration) 사이에서 이동하도록 구성될 수 있다. 그리퍼는 유리하게는 다수의 상이한 크기들의 대상물이 잡히게 하는 다양한 개방 구성들을 취할 수 있다.

제 1 및 제 2 핑거들은 핑거네일 돌출부를 포함할 수 있다. 핑거네일 돌출부의 제공은 대상물들이 더 쉽게 집히게 한다.

그리퍼는 제 1 핑거에 마주하는 추가 핑거들을 포함할 수 있으며, 각각의 추가 핑거는 n + m 개의 팔랑크스들을 포함한다.

로봇 그리퍼는 베이스 섹션; 조인트에 의해 베이스 섹션에 연결되는 제 1 팔랑크스, 및 베이스 섹션에 대해 원위(distal)의 팁 부분을 포함하는 제 1 핑거; 조인트에 의해 베이스 섹션에 연결되는 제 1 팔랑크스, 및 베이스 섹션에 대해 원위의 팁 부분을 포함하는 제 2 핑거를 포함할 수 있으며, 제 1 및 제 2 핑거들은 서로 마주할 수 있고, 제 1 핑거는 제 2 핑거를 향하는 내표면을 포함하며, 제 2 핑거는 제 1 핑거를 향하는 내표면을 포함하고, 핑거들 중 하나의 팁 부분은 네일 돌출부를 포함하며, 네일 돌출부는 전개된 구성(deployed configuration)과 전개되지 않은 구성 사이에서 전개가능하다.

로봇 그리퍼는 핑거들 중 적어도 하나가 전개된 구성과 전개되지 않은 구성 사이에서 전개가능한 네일 돌출부를 포함하도록 구성될 수 있다. 네일 돌출부는 유리하게는 대상물들, 특히 작고 평평한 대상물들을 표면에서 집어들고 잡는 것을 돕는다.

제 1 핑거의 팁 부분은 네일 돌출부를 포함할 수 있고, 제 2 핑거의 팁 부분은 네일 돌출부를 포함할 수 있으며, 각각의 네일 돌출부는 전개된 구성과 전개되지 않은 구성 사이에서 전개가능하고, 제 1 및 제 2 핑거들의 네일 돌출부들은 전개된 구성들에 있을 때 서로 마주보게 된다. 바람직하게는, 두 핑거들은 대상물들의 그리핑을 돕는 네일 특징부들을 포함한다. 이러한 구성에서, 두 네일들은 대상물의 양쪽에서 맞물릴 수 있다.

전개되지 않은 구성에서, 네일 돌출부는 핑거의 내표면과 같은 높이일 수 있거나, 핑거 내에서 후퇴(recess)될 수 있다. 네일 돌출부는 일부 구성들에서, 그것이 전개되지 않은 구성에 있을 때 핑거의 표면과 같은 높이에 놓이거나 심지어 핑거 내에서 후퇴되어 놓이도록 구성될 수 있다.

전개된 구성에서, 네일 돌출부는 전개되지 않은 구성보다 핑거의 내표면 너머로 더 돌출될 수 있다. 일부 구성들에서, 핑거네일 돌출부는 전개되지 않은 구성에서 핑거과 같은 높이에 놓이거나 후퇴되지 않을 수 있으며, 이 경우 핑거네일이 전개될 때 이는 전개되지 않은 구성보다 핑거의 내표면 너머로 더 돌출되도록 배치된다.

핑거들 중 적어도 하나는 제 1 팔랑크스 및 제 2 팔랑크스를 포함할 수 있고, 팁 부분은 제 2 팔랑크스에 통합될 수 있다. 핑거가 1보다 많은 팔랑크스를 포함하는 경우, 핑거네일 돌출부는 유리하게는 마지막 팔랑크스의 팁 부분에 위치된다.

네일 돌출부를 포함하는 핑거 또는 각각의 핑거의 내표면은 변형되지 않은 구성과 변형된 구성 사이에서 이동가능할 수 있고, 내표면을 변형된 위치로 이동시키는 것이 네일 돌출부를 전개되게 하도록 구성될 수 있다. 편리하게는, 핑거의 내표면을 이동시키는 것이 네일 돌출부를 노출시키는 네일 장치가 제공될 수 있다. 이러한 네일 장치의 한 버전에서, 핑거는 기계적 부품들이 필요하지 않도록 대상물과 접촉할 때 변형되어 네일 돌출부를 노출시키도록 설계될 수 있다.

네일 돌출부를 포함하는 핑거 또는 각각의 핑거는 로봇 그리퍼가 대상물과 상호작용할 때 핑거 또는 각각의 핑거의 네일 돌출부를 연장하도록 구성되는 캠 메카니즘(cam mechanism)을 포함할 수 있다.

캠 메카니즘은 핑거 또는 각각의 핑거의 내표면 상에 위치될 수 있다. 핑거 또는 각각의 핑거를 위한 캠 메카니즘은 로봇 그리퍼의 베이스 섹션 내에 위치될 수 있다.

대안적인 구성에서, 네일 돌출부를 포함하는 핑거 또는 각각의 핑거는 네일 돌출부가 이동하도록 배치되는 홈을 포함할 수 있고, 그리퍼는 전개된 구성과 전개되지 않은 구성 사이에서 각각의 네일 돌출부를 이동시키도록 배치되는 각각의 네일 돌출부를 위한 선형 액추에이터를 포함한다.

그리퍼는 제 1 핑거에 마주하는 추가 핑거들을 포함할 수 있고, 각각의 핑거는 네일 돌출부를 포함할 수 있다.

로봇 그리퍼는: 베이스 섹션; 조인트에 의해 베이스 섹션에 연결되는 근위(proximal) 팔랑크스를 포함하는 제 1 핑거; 조인트에 의해 베이스 섹션에 연결되는 근위 팔랑크스를 포함하는 제 2 핑거를 포함할 수 있으며, 제 1 및 제 2 핑거들은 서로 마주할 수 있고, 베이스 섹션은 그리퍼가 흡착에 의해 대상물들과 상호작용하게 하도록 배치되는 흡착기(sucker)를 포함한다.

로봇 그리퍼는 유리하게는 그리퍼가 이미 제 1 대상물을 잡고 있을 때 제 2 대상물을 조작하게 하는(예를 들어, 제 1 대상물을 내려놓을 필요 없이 문 또는 서랍을 여는) 흡착기를 포함하도록 구성될 수 있다.

흡착기는 진공 펌프를 포함할 수 있다. 흡착기는 진공 펌프와 연계되어 진공이 편리하게 생성되고 제어되게 할 수 있다. 진공 펌프는 베이스 섹션 내에 위치될 수 있다.

흡착기는 대상물에 대해 흡착기가 밀릴 때 활성화되도록 구성되는 수동 흡착기일 수 있다. 진공 흡착기에 대한 대안예로서, 진공 옵션에 비해 더 적은 부품들로의 구성을 유도하는 수동 흡착기가 사용될 수 있다. 또한, 이러한 수동 흡착기 구성은 그리퍼(또는 관련 로봇)의 몸체에 더 적은 구성요소들이 패킹되어야 하므로 공간을 절약할 것이다.

베이스 섹션은 팜 표면(palm surface), 후면 및 측면들을 포함할 수 있고, 흡착기는 팜 표면, 후면 또는 측면들 중 하나에 위치된다.

로봇 그리퍼는 베이스 섹션의 동일한 표면에 위치되는 1 이상의 흡착기를 포함할 수 있다. 더 나은 시일(seal)을 제공하기 위해, 또는 하나의 흡착기가 (예를 들어, 제 2 대상물의 표면 특징으로 인해) 올바르게 시일을 형성하지 않는 경우를 보상하기 위해 추가 흡착기들이 제공될 수 있다.

로봇 그리퍼는 베이스 섹션의 상이한 표면들에 위치되는 1 이상의 흡착기를 포함할 수 있다. 베이스 섹션의 상이한 표면들에 흡착기들을 제공하는 것이 더 큰 유연성을 허용하고, 흡착기를 사용하기 위해 그리퍼를 회전시키거나 재정렬할 필요를 감소시킨다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 본 발명의 앞선 실시형태에 따른 로봇 그리퍼를 포함하는 로봇이 제공된다.

로봇 그리퍼가 흡착기를 포함하도록 구성되는 경우, 로봇은 로봇 그리퍼에 연결되는 로봇 몸체를 포함할 수 있고, 흡착기는 로봇 몸체 내에 위치되는 진공 펌프를 포함할 수 있다.

로봇 그리퍼가 흡착기를 포함하도록 구성되는 경우, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 본 발명의 앞선 실시형태에 따른 로봇 그리퍼 또는 로봇을 작동시키는 방법이 제공되고, 이는 제 1 및 제 2 핑거를 조작하여 제 1 대상물을 잡는 단계; 흡착기가 제 2 대상물에 접촉하도록 그리퍼를 이동시키는 단계; 흡착기와 제 2 대상물 사이에 진공 시일을 형성하는 단계; 그리퍼를 이동시켜 제 2 대상물을 조작하는 단계; 제 2 대상물과의 진공 시일을 깨는 단계; 제 1 대상물을 해제하는 단계를 포함한다.

제 2 대상물이 서랍 또는 문인 경우, 상기 방법은 서랍 또는 문을 열기 위해 진공 시일이 제자리에 있는 동안 로봇 그리퍼를 이동시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

진공 시일을 형성하는 단계는 흡착기가 제 2 대상물에 대해 밀리도록 로봇 그리퍼를 이동시키는 단계를 포함할 수 있다.

진공 시일을 깨는 단계는 흡착기가 제 2 대상물에 대해 비틀도록 로봇 그리퍼를 이동시키는 단계를 포함할 수 있다.

진공 시일을 형성하는 단계는 흡착기가 제 2 대상물에 접촉하도록 로봇 그리퍼를 이동시키는 단계 및 흡착기에 연결된 진공 펌프를 활성화시키는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 앞선 방법에서의 단계들의 순서는 상기 방법의 특정 구현에 따라 약간 변동될 수 있으며, 예를 들어 소정 단계들이 함께 또는 앞서 나타낸 것과 상이한 순서로 발생할 수 있다는 것을 유의한다.

본 출원의 범위 내에서, 앞선 단락들, 청구항들 및/또는 다음 설명 및 도면들, 및 특히 이의 개별적인 특징들에서 설명되는 다양한 실시형태들, 실시예들, 예시들 및 대안예들은 독립적으로 또는 여하한의 조합으로 취해질 수 있는 것으로 분명히 의도된다. 즉, 모든 실시예들 및/또는 여하한의 실시예의 특징들은 이러한 특징들이 양립할 수 없는 경우가 아닌 한 어떠한 방식 및/또는 조합으로도 조합될 수 있다. 출원인은 여하한의 원래 제출된 청구항을 변경하거나 이에 따라 새로운 청구항을 제출할 권리를 보유하며, 이는 원래 그러한 방식으로 청구되지는 않았지만 여하한의 다른 청구항의 여하한의 특징에 종속 및/또는 이를 통합하도록 여하한의 원래 출원된 청구항을 보정할 권리를 포함한다.

이제 첨부된 도면들을 참조하여, 단지 예시의 방식으로만 본 발명의 1 이상의 실시예를 설명할 것이다:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로보틱 그리퍼의 사시도;
도 2는 개방 구성에서의 도 1의 로보틱 그리퍼의 평면도;
도 3은 폐쇄 구성에서의 도 1의 로보틱 그리퍼의 평면도;
도 4는 또 다른 개방 구성에서의 도 1의 로보틱 그리퍼의 평면도;
도 5는 도 1의 로보틱 그리퍼를 통한 단면도;
도 6은 도 1의 로보틱 그리퍼의 핑거들의 팁 부분의 확대도;
도 7은 3 개의 섹션들로 분할되는 팔랑크스를 갖는 로보틱 그리퍼의 변형 디자인의 측면도;
도 8은 도 7의 로보틱 그리퍼의 팔랑크스를 나타내는 도면;
도 9 내지 도 14는 다양한 구성들 및 상이한 대상물들을 잡는 도 1의 로보틱 그리퍼를 나타내는 도면;
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 로보틱 그리퍼의 핑거에 대해 전개되지 않은 구성에서의 네일 돌출부를 포함하는 팔랑크스를 나타내는 도면;
도 16은 전개된 구성에서의 도 15의 팔랑크스를 나타내는 도면;
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 네일 돌출부를 갖는 로보틱 그리퍼의 평면도;
도 18은 그리퍼가 폐쇄될 때의 도 17의 그리퍼를 나타내는 도면;
도 19는 대상물을 잡고 있는 도 17의 그리퍼를 나타내는 도면;
도 20 및 도 21은 또 다른 대상물을 잡고 있는 도 17의 그리퍼를 나타내는 도면;
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 네일 돌출부를 갖는 로보틱 그리퍼의 평면도;
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 수동 흡착기를 갖는 로보틱 그리퍼의 평면도;
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 흡착기를 갖는 로보틱 그리퍼의 평면도;
도 25는 도 23 또는 도 24의 그리퍼의 측면도;
도 26은 찬장 문과 상호작용하는 도 23 또는 도 24에 따른 그리퍼를 나타내는 도면;
도 27은 도 23 또는 도 24에 따른 그리퍼가 어떻게 작동될 수 있는지를 나타내는 흐름도; 및
도 28은 본 발명의 일 실시예에 따른 로보틱 그리퍼를 포함하는 로봇을 나타내는 도면이다.

본 발명의 일반적이고 구체적인 실시예들이 도면들을 참조하여 아래에서 설명될 것이다. 도면들 내에서 유사한 특징들을 나타내기 위해 유사한 숫자들이 사용되었다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 그리퍼(10)의 사시도를 나타낸다. 그리퍼(10)는 베이스 섹션(12), 제 1 핑거(14) 및 제 2 핑거(16)를 포함한다.

제 1 핑거(14)는 조인트(20)에 의해 베이스 섹션(12)에 연결되는 제 1 또는 근위 팔랑크스(18)를 포함한다. 제 2 핑거(16)는 조인트(24)에 의해 베이스 섹션(12)에 연결되는 제 1(근위) 팔랑크스(22)를 포함한다. 또한, 제 2 핑거(16)는 (팔랑크스) 조인트(28)에 의해 인접한 근위 팔랑크스(22)에 연결되는 제 2(원위) 팔랑크스(26)를 더 포함한다. 제 1 및 제 2 핑거들(14, 16)은 서로 마주할 수 있다.

도 1에 나타낸 로봇 그리퍼(10)에 대해, 홀수의 조인트들(이 경우에는 3 개의 조인트들) 및 홀수의 팔랑크스들이 존재한다. 마주할 수 있는 핑거들에서 홀수의 팔랑크스들을 갖는 핸드의 존재는, 그리퍼의 핑거들이 2 개의 마주할 수 있는 핑거들 사이에서 대상물을 굴리는 것과 같은 더 복잡한 동작들뿐만 아니라, 그리퍼의 핑거들이 그리핑 및 핀칭 동작들을 수행할 수 있게 하는 "손을 갖는(handed)" 그리퍼(10)를 유도한다.

더 일반적인 형태에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 그리퍼는 n 개의 팔랑크스들을 포함하는 제 1 핑거 및 n+m 개의 팔랑크스들을 갖는 제 2 핑거를 포함하며, 여기서 n 및 m은 양의 정수들이다. 도 1의 예시에서, n=1이고 m=1이지만, 다른 구성들이 가능하다는 것을 이해하여야 한다[예를 들어, n=2 및 m=1인 경우, 제 1 핑거는 2 개의(근위 및 원위) 팔랑크스들을 갖고, 제 2 핑거는 3 개의(근위, 중간 및 원위) 팔랑크스들을 가질 것임]. 이와 관련하여, 로봇 그리퍼는 비대칭이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 핑거들의 내표면들(30)은 대상물들의 그리핑을 돕기 위해 텍스처드 표면(textured surface)을 포함한다. 이 표면은, 예를 들어 고무처리된 재료를 포함할 수 있다. 추가적으로, 로봇 그리퍼는 로봇 아암(도 1에 도시되지 않음)으로의 그리퍼(10)의 연결을 가능하게 하는 리스트 연결부(32)를 포함한다.

도 2는 개방 "그립" 구성의 측면도로 도 1의 그리퍼(10)를 나타낸다. 도 2에서, 그리퍼(10)는 추가적으로 리스트 연결부(32)를 통해 아암(34)에 연결된 것으로 도시되며, 아암(34) 및 연결부(32)는 축(38)을 정의한다.

베이스 섹션(12)은 "팜" 부분(36)을 포함하고, 팜 부분은 제 1 핑거/베이스 섹션 조인트(20)와 제 2 핑거/베이스 섹션 조인트(24) 사이에서 연장되는 베이스 섹션(12)의 표면(40)을 포함한다.

도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 팜 부분(36)의 표면(40)은 축(38)에 대해 각도 θ인 평면을 정의한다. 일 실시예에서, 각도 θ는 15 도 또는 대략 15 도이며, 이는 로봇 그리퍼가 대상물들을 효과적으로 잡고 꼭 집게 한다.

각각의 조인트(20, 24, 28)는 축을 중심으로 회전가능하다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 각각의 조인트(20, 24, 28)의 축들은 서로 평행하고, 도면의 평면에 수직이다. 각각의 조인트는 로봇 그리퍼가 완전히 작동되어 그리퍼가 취할 수 있는 그리핑 위치들을 돕도록 자체 모터를 포함한다.

각각의 조인트를 위한 모터는 (아래에서 도 5에 나타낸 바와 같이) 조인트와 직접 연계될 수 있다. 이러한 구성은 리스트 연결부에 연결되는 그리퍼를 교체 그리퍼(손상된 경우) 또는 대안적인 로봇 머니퓰레이터로 교체하는 것을 용이하게 할 것이다.

대안적으로, 각각의 조인트를 위한 모터는 그리퍼(10)로부터 멀리 떨어져[예를 들어, 아암(34) 내에] 위치될 수 있고, 적절한 기계적 또는 유압식 텐던 시스템을 통해 조인트에 연결될 수 있다. 이 구성은 그리퍼 내에 각각의 조인트와 모터들을 직접 위치시키는 것과 비교하여 그리퍼에 대해 덜 부피가 큰 디자인을 가능하게 할 수 있다.

그리퍼는 리스트 연결부를 중심으로 회전가능하여, 그리퍼가 제 1 핸드 위치(handed position)와 제 2 핸드 위치 사이에서 이동할 수 있게 할 수 있다.

도 3을 참조하면, 도 1 및 도 2의 그리퍼는 제 1 및 제 2 핑거들(14, 16)이 서로 평행하게 배치되는 폐쇄 구성("핀치" 구성)으로 도시되어 있다.

베이스 섹션(12) 상의 제 1 및 제 2 핑거들(14, 16)의 근위 조인트들(20, 24) 사이의 거리(도 3에서 "a"로 표시됨)는, 제 1 및 제 2 핑거들이 서로 평행하게 되어 제 1 핑거(14)의 근위 팔랑크스(18)가 제 2 핑거(16)의 원위 팔랑크스(26)에 인접하도록 제 2 핑거(16)의 근위 팔랑크스(22)와 실질적으로 동일한 길이라는 것을 유의한다.

추가적으로, 제 1 핑거(14)의 제 1 팔랑크스(18)의 거리는 제 2 핑거(16)의 원위 팔랑크스(26)와 실질적으로 동일한 길이이다(도 3에서 "b"로 표시됨). 결과로서, 제 1 핑거(14)의 팁 부분(42)과 제 2 핑거(16)의 팁 부분(44)은 함께 만난다.

도 4는 베이스 섹션(12)의 표면(40) 및 제 1 핑거(14)의 표면(30)이 직선을 정의하는 완전 개방 구성의 그리퍼(10)를 나타낸다. 추가적으로, 제 2 핑거(16)의 제 1 및 제 2 팔랑크스들(22, 26)은 직선을 정의한다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 제 1 핑거(14)/베이스 섹션(12)은 제 2 핑거(16)에 대해 대략 90 도에 있다.

도 5는 모터들(46, 48, 50) 및 제어 유닛(52)이 그리퍼(10)의 구조 내에 제공되는 로봇 그리퍼(10)의 단면도를 나타낸다. 그리퍼의 각각의 조인트는 자체 모터를 포함한다[조인트(20)는 모터(46)에 의해 작동되고; 조인트(24)는 모터(48)에 의해 작동되며; 조인트(28)는 모터(50)에 의해 작동됨]. 제어 유닛(52)은 그리퍼(10)의 작동을 제어하기 위해 모터들 각각에 제어 신호들을 전송하도록 구성된다.

그리퍼(10)는 모터들 및 제어 유닛이 장착되는 금속, 예를 들어 알루미늄 프레임을 포함한다. 금속 프레임은 그리퍼(10)[예를 들어, 표면들(30, 40)에 고무 그립들을 갖는 플라스틱 외측 몸체]를 형성하기 위해 여하한의 적절한 재료로 클래딩(clad)될 수 있다.

모터들(46, 48, 50)은 조인트에 가해지는 토크를 측정하도록 구성될 수 있다. 센서들이 접촉 표면들(30, 40) 내에 배치되어, 그리퍼(10)에 의해 조작되고 있는 대상물들과 접촉이 이루어진 위치를 검출할 수 있다. 제어 유닛(52)은 토크 및 센서 데이터로부터 붙잡힌 대상물에 가해지는 힘을 결정할 수 있다.

도 6은 도 3 및 도 5("핀치" 구성)에 나타낸 핑거들(14, 16)의 팁 부분들(42, 44)을 더 상세히 나타낸다. 제 1 핑거(14)의 팔랑크스(18)는 팔랑크스(18)의 내표면에 배치되고 다른 핑거(16)를 향해 돌출하는 돌출부(54)("핑거네일" 돌출부)를 포함한다는 것을 유의한다. 유사하게, 제 2 핑거(16)의 원위 팔랑크스(26)는 팔랑크스(26)의 내표면에 배치되고 핑거(14)를 향해 돌출하는 돌출부(56)를 포함한다.

2 개의 돌출부들(54, 56)은 일반적으로 뾰족한 팁을 제공하며, 이에 의해 평평한 표면에서 대상물들을 쉽게 집어들 수 있다. 특히, 이러한 핑거네일 돌출부들의 제공은 낮은 프로파일 대상물들, 예를 들어 동전, 재료 시트로 하여금, 그렇지 않으면 이러한 대상물들을 충분히 획득할 수 없었을 로봇 그리퍼에 의해 더 쉽게 집히게 한다.

도 7 및 도 8은 핑거(16)의 말단 팔랑크스(26)가 3 개의 섹션들 - 중심 팔랑크스 부분(26a) 및 측면 부분들(26b, 26c)로 분할되는 그리퍼(10)의 변형 디자인을 나타낸다. 팔랑크스(26)는 조인트(28)를 포함하는 베이스 부분(58)을 포함한다. 중심 부분(26a)은 베이스 부분(58)에 대해 고정된다. 측면 부분들(26b, 26c)은 스프링 부재들(60)을 통해 튀어나와 마주하는 핑거(14)를 향해 편향된다.

도 7 및 도 8은 핑거(16)에 대한 3-갈래 변형 디자인을 나타낸다는 것을 유의한다. 당업자라면, 3-갈래 구성이 대신에 제 1 핑거(14)의 팔랑크스(18)에 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 대안적으로, 두 핑거들(14, 16)이 모두 나타낸 구성을 통합할 수 있다.

튀어나온 측면 부분들(26b, 26c)은 대상물들의 그리핑을 용이하게 한다.

도 9는 이미지의 정면에 핑거(16)가 있는 대상물, 컵(62)을 잡는 도 1 내지 도 6에 따른 그리퍼(10)의 제 1 사시도를 나타낸다. 도 10은 그리퍼(10) 위에서의 동일한 상호작용을 나타낸다. 도 11은 이미지의 정면에 핑거(14)가 있는 그리퍼의 제 2 사시도를 나타낸다. 그리퍼(10)는 도 1 및 도 2에 나타낸 일반적인 그립 구성에 있음을 알 수 있다.

도 12는 또 다른 대상물, 펜(64)을 잡는 도 1 내지 도 6에 따른 그리퍼(10)의 평면도를 나타낸다. 그리퍼(10)가 도 3 및 도 5에 나타낸 핀치 구성에 있음을 알 수 있다. 도 13은 이미지의 정면에 핑거(14)가 있는 그리퍼(10)의 제 1 사시도를 나타낸다. 도 14는 이미지의 정면에 핑거(16)가 있는 그리퍼의 제 2 사시도를 나타낸다. 로봇 그리퍼는 제 2 팔랑크스(26)가 제 1 핑거의 팔랑크스(18)를 따라 펜을 굴릴 수 있도록 제 2 핑거(16)로 하여금 팔랑크스 조인트(28)를 통해 구부리게 한다.

도 15 및 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따라 전개되지 않은 구성(도 15에 나타냄)에서 전개된 구성(도 16에 나타냄)으로 배치될 수 있는 네일 돌출부를 포함하는 로봇 그리퍼의 핑거를 위한 팔랑크스(70)에 대한 구성을 나타낸다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 도 15 및 도 16에 나타낸 네일 돌출부 장치는 네일이 대상물과의 접촉 시에 전개되지 않은 구성에서 전개된 구성으로 이동하는 수동 장치이다. 이는 캠 장치 또는 선형 액추에이터 장치가 네일 돌출부들을 전개하는 데 사용되는 도 17 내지 도 22에 나타낸 능동 네일 돌출부 장치들과 대조적이다.

도 15 및 도 16으로 돌아가면, 팔랑크스(70)는 조인트(74)가 제공되는 베이스 부분(72)을 포함한다. 도 15 및 도 16의 팔랑크스(70)는 로봇 그리퍼의 1 이상의 핑거에 통합될 수 있다는 것을 유의한다. 예를 들어, 팔랑크스(70)는 앞서 설명된 팔랑크스들(18 또는 26) 중 하나 또는 둘 모두에 통합될 수 있다.

팔랑크스(70)는, 팔랑크스(70)가 로봇 그리퍼의 핑거에 제공될 때 그리퍼 상의 또 다른 핑거를 향하는 내표면(76)을 포함한다. 내표면(76)은 변형가능한 섹션(78)을 포함한다. 변형가능한 섹션(78)은 조인트(74)의 원위에 제공된다.

팔랑크스(70)는, 팔랑크스(70)가 로봇 그리퍼의 핑거에 제공될 때 그리퍼 상의 또 다른 핑거를 향해 돌출하는 네일 돌출부(82)를 포함하는 팁 부분(80)을 더 포함한다.

도 15에서, 팔랑크스(70)는 네일 돌출부(82)가 팔랑크스의 내표면(76)을 넘어 실질적으로 돌출하지 않는 전개되지 않은 구성에 있다.

도 16에서, 팔랑크스(70)는 전개된 구성에 있는 것으로 도시된다. 팔랑크스(70)는, 팔랑크스(70)/그리퍼(10)가 대상물(도시되지 않음)과 접촉할 때 전개된 구성으로 배치될 수 있다. 대상물이 변형가능한 섹션(78)과 접촉함에 따라, 변형가능한 섹션(78)은 팔랑크스(70)의 몸체 내의 캐비티(cavity: 84)로 편향된다. 변형가능한 섹션(78)의 내표면의 이전 위치는 도 16에서 점선(86)으로 도시된다. 전개된 구성에서, 네일 돌출부(82)는 이제 섹션(78)의 내표면 너머로 더 돌출하며, (특히 평평한 표면에서) 작은 대상물들을 집어드는 것을 돕고 그립을 개선하는 데 사용될 수 있음을 알 수 있다.

도 15 및 도 16에 나타낸 핑거네일 구성은 편리하게는, 핑거네일들이 핑거의 변형가능한 섹션(78)에 의해 제공되기 때문에 추가 모터들 또는 다른 기계적 활성화 수단을 필요로 하지 않고 개선된 그리핑 능력을 제공한다.

도 17 내지 도 21은 본 발명의 일 실시예에 따라 전개되지 않은 구성에서 전개된 구성으로 전개할 수 있는 네일 돌출부를 포함하는 로봇 그리퍼의 핑거에 대한 또 다른 구성을 나타낸다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 도 17 내지 도 21에 나타낸 네일 돌출부 장치는 네일 돌출부에 연결되는 캠 장치의 움직임에 응답하여 네일이 전개되지 않은 구성에서 전개된 구성으로 이동하는 "능동" 장치이다. 이는 대상물과의 접촉이 핑거네일 돌출부를 전개하도록 핑거를 변형시키는 데 사용되는 앞선 도 15 및 도 16에 나타낸 수동 네일 돌출부 장치들과 대조적이다.

참조의 편의를 위해, 도 17 내지 도 21에 따른 네일 돌출부 장치는 도 1 내지 도 14의 로봇 그리퍼(10)에 통합된 것으로 도시된다. 하지만, 네일 돌출부 장치는 여하한의 적절한 로봇 그리퍼에 통합될 수 있다는 것을 유의한다. 또한, 도 17 내지 도 21에서의 두 핑거들(14, 16)이 모두 네일 돌출부 장치를 포함하는 것으로 도시되지만, 당업자라면 장치가 핑거들 중 하나 또는 다른 핑거에만 존재할 수 있음을 이해할 것이다.

도 17에 나타낸 바와 같이, 핑거(14)는 팔랑크스(18)의 팁 부분(42) 내에 네일 돌출부(90)를 포함한다. 네일 돌출부(90)는 캠 장치(94)에 연결된다. 캠 장치는 피봇(96)에 장착된다.

또한, 도 17에는 핑거(16)의 팔랑크스(26)의 팁 부분(44) 내의 추가 네일 돌출부(92)가 도시되어 있다. 네일 돌출부(92)는 피봇(100)에 장착되는 캠 장치(98)에 연결된다.

네일 돌출부(90) 및 캠 장치(94)는 전개된 구성에 있는 것으로 도시되며, 캠의 내표면(102)("대상물 접촉" 측)은 팔랑크스(18)의 내표면(30)과 실질적으로 같은 높이임을 알 수 있다. 전개된 구성에서, 네일 돌출부(90)는 팔랑크스(18)의 내표면(30) 너머로 돌출한다.

네일 돌출부(92) 및 캠 장치(98)는 전개되지 않은 구성에 있는 것으로 도시된다. 이 구성에서, 네일 돌출부는 실질적으로 팔랑크스(26)의 내표면(30) 너머로 돌출하지 않는다[그리고 팔랑크스(26)의 몸체 내에서 완전히 후퇴될 수 있음]. 캠 장치(98)의 내표면(104)은 팔랑크스(26)의 내표면(30) 위로 올려진다.

캠 장치들(94, 98)은 각각의 피봇들(96, 100)을 중심으로 전개되지 않은 구성을 향해 편향될 수 있고, 캠 장치들(94, 98)은 대상물이 캠 장치들과 접촉할 때 각각의 전개된 구성들로 이동하도록 구성된다. [참고: 캠 장치(94)는 도 17에서 전개된 구성에 있는 것으로 도시되지만, 명확함을 위해 캠 장치와 접촉하는 대상물은 도시되지 않는다.]

도 18에 나타낸 바와 같이, 캠 장치(94 및 98)는 핑거들(14 및 16)이 도 18(및 도 3)에 나타낸 "핀치" 구성일 때, 서로에 의해 활성화되어 네일 돌출부들(90 및 92)을 전개할 수 있다.

도 19에 나타낸 바와 같이, 캠 장치들(94, 98)은 핑거들(14, 16)이 대상물(펜)(62)을 잡을 때, 활성화되어 네일 돌출부들(90, 92)을 전개하였다.

도 20 및 도 21은 각각 그리퍼(10)가 더 큰 대상물, 컵(62)을 잡고 있는 동안의 도 17 및 도 18의 네일 돌출부 장치의 평면도 및 사시도를 나타낸다.

도 22는 선형 액추에이터가 핑거 돌출부들을 전개하는 데 사용되는 본 발명의 일 실시예에 따른 또 다른 "능동" 네일 돌출부 장치를 나타낸다.

참조의 편의를 위해, 도 22에 따른 네일 돌출부 장치는 도 1 내지 도 14의 로봇 그리퍼(10)에 통합된 것으로 도시된다. 하지만, 네일 돌출부 장치는 여하한의 적절한 로봇 그리퍼에 통합될 수 있다는 것을 유의한다. 또한, 도 22에서의 두 핑거들(14, 16)이 모두 네일 돌출부 장치를 포함하는 것으로 도시되지만, 당업자라면 장치가 핑거들 중 하나 또는 다른 핑거에만 존재할 수 있음을 이해할 것이다.

도 22에서, 핑거(14)의 팔랑크스(18)는 팔랑크스의 몸체 내에 홈(106)을 포함한다. 네일 돌출부(108)는 홈(106) 내에 위치되고, 네일 돌출부(108)가 홈(106) 내에 후퇴되는 전개되지 않은 구성과 네일 돌출부(108)가 팔랑크스(18)의 내표면(30) 너머로 돌출하는 전개된 구성 사이에서 이동될 수 있다. 네일 돌출부(108)는 팔랑크스(18) 내에 위치되는 선형 액추에이터(110)에 의해 전개된다. 선형 액추에이터(110)는 차례로 제어 유닛[예를 들어, 도 5에 나타낸 제어 유닛(52)]으로부터 수신되는 제어 신호들에 의해 제어될 수 있다.

도 22에 나타낸 핑거(16)는 팔랑크스(26) 내의 홈(114) 내의 대응하는 네일 돌출부(112)를 나타낸다. 선형 액추에이터(116)가 전개된 구성과 전개되지 않은 구성 사이에서 네일 돌출부(112)를 배치하도록 구성된다.

도 23 내지 도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 흡착기를 포함하는 그리퍼를 나타낸다. 참조의 편의를 위해, 도 23 내지 도 26에 따른 흡착기는 도 1 내지 도 14의 로봇 그리퍼(10)에 통합된 것으로 도시된다. 하지만, 흡착기는 여하한의 적절한 로봇 그리퍼에 통합될 수 있다는 것을 유의한다.

도 23은 도 1 내지 도 14와 관련하여 앞서 설명된 그리퍼(10)를 나타낸다. 추가적으로, 베이스 섹션(12)은 그 위에 장착된 흡착기(120)를 포함한다. 이전에 설명된 바와 같이, 베이스 섹션(12)은 팜 부분(36)을 포함한다. 추가적으로, 베이스 섹션은 측면들(122 및 124)[표면(122)이 도 23에 도시되고, 양 표면들(122, 124)이 도 25에 도시됨] 및 배면(126)을 포함한다는 것을 유의한다. 도 23에 나타낸 바와 같이, 흡착기(120)는 베이스 섹션(12)의 후면(126)에 장착된다.

단일 흡착기(120)가 도 23 내지 도 26에 도시되어 있지만, 당업자라면 다수 흡착기들이 그리퍼 상에 장착될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 더욱이, 흡착기 또는 흡착기들은 그리퍼(10)의 다른 표면들, 예를 들어 측면들(122, 124)에 제공될 수 있다.

도 23에 나타낸 흡착기(120)는 흡착기가 대상물에 대해 밀릴 때 활성화되는 수동 흡착기이다. 도 24는 도관(132)에 의해 진공 펌프(130)에 연결되는 진공 흡착기(128)의 일 예시를 나타낸다. 진공 펌프는 로봇 그리퍼(10) 내에, 또는 그리퍼(10)로부터 멀리 떨어져[예를 들어, 도 2에 나타낸 바와 같은 로봇 아암(34) 내에, 또는 도 24에 나타낸 바와 같은 로봇 그리퍼를 포함하는 로봇 내의 여하한의 적절한 위치에] 위치될 수 있다는 것을 유의한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 흡착기(120, 128)는 도 26에 나타낸 바와 같이, 그리퍼(10)가 [도 26에 나타낸 컵(62)과 같은] 아이템을 잡고 있을 때, 문(134)과 같은 대상물과 상호작용하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 방식으로, 그리퍼(10)는 그리퍼 핑거들(14, 16)을 사용하여 문을 열기 위해 아이템을 내려놓아야 하는 대신에, 단일 시퀀스로 아이템을 찬장에 넣는 것과 같은 작업들을 완료할 수 있다[예를 들어, 아이템을 잡고, 문(134)과 흡착기를 결합하며, 문을 열고, 찬장에 아이템을 놓음].

도 27은 도 23 내지 도 26에 나타낸 그리퍼(10)를 사용하는 방법의 흐름도이다. 단계 200에서, 제 1 및 제 2 핑거들(14, 16)은 제 1 대상물을 잡도록 조작된다. 일단 제 1 대상물이 그리퍼(10)에 의해 잡히면, 그리퍼는 단계 202에서 흡착기가 제 2 대상물에 접촉하도록 이동된다.

단계 204에서, 흡착기(120, 128)와 제 2 대상물 사이에 진공 시일이 형성된다. 진공 시일은 흡착기와 제 2 대상물 사이에 진공을 형성하기 위해 진공 펌프(130)를 사용함으로써, 또는 (수동 흡착기의 경우) 제 2 대상물에 대해 흡착기를 가압함으로써 형성될 수 있다.

단계 206에서, 그리퍼(10)는 제 2 대상물을 조작하기 위해 이동될 수 있다. 예를 들어, 제 2 대상물이 서랍 또는 찬장 문인 경우, 그리퍼는 서랍/문을 열거나 닫기 위해 이동될 수 있다.

단계 208에서, 진공 시일이 깨진다. 이는 진공 펌프를 끄거나, 제 2 대상물에 대해 비틀도록 그리퍼를 제어함으로써(또는 둘의 조합으로) 달성될 수 있다.

단계 210에서, 제 1 대상물이 배치된 후 해제될 수 있다.

도 28은 앞선 도 1 내지 도 26 중 어느 하나에 따른 로봇 그리퍼(10) 및 아암(34)을 포함하는 로봇(140)을 나타낸다.

첨부된 청구항들에 정의된 바와 같은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 앞선 예시들에 대해 많은 수정들이 이루어질 수 있다.

Claims (12)

1. 로봇 그리퍼(robot gripper)로서,
   베이스 섹션;
   베이스 섹션 조인트에 의해 상기 베이스 섹션에 연결되고, n 개의 팔랑크스(phalanx)들을 포함하는 제 1 핑거;
   베이스 섹션 조인트에 의해 상기 베이스 섹션에 연결되고, n+m 개의 팔랑크스들을 포함하는 제 2 핑거 -상기 제 2 핑거의 각각의 팔랑크스는 팔랑크스 조인트에 의해 인접한 팔랑크스에 연결되고, 상기 제 1 및 제 2 핑거들은 서로 마주할 수 있음-
   를 포함하고,
   n 및 m은 양의 정수들인, 로봇 그리퍼.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 핑거가 피봇가능한 조인트에 의해 상기 베이스 섹션에 연결되는 제 1 팔랑크스를 포함하고, 상기 제 2 핑거가 제 1 팔랑크스 및 제 2 팔랑크스를 포함하도록 n = 1 및 m = 1이며, 상기 제 2 핑거는 베이스와 제 1 팔랑크스 사이 및 제 1 팔랑크스와 제 2 팔랑크스 사이에 피봇가능한 조인트들을 포함하는, 로봇 그리퍼.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 베이스 섹션은 상기 베이스 섹션 조인트들 사이에서 연장되는 표면을 포함하며, 상기 베이스 섹션 조인트들 사이의 거리는 상기 제 2 핑거의 제 1 팔랑크스와 실질적으로 동일한 길이이고, 상기 제 1 및 제 2 핑거들이 서로 평행하게 되어 상기 제 1 핑거의 제 1 팔랑크스가 상기 제 2 핑거의 제 2 팔랑크스에 인접하도록 할 수 있는, 로봇 그리퍼.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   각각의 조인트는 축을 중심으로 회전가능하고, 상기 로봇 그리퍼 내의 모든 조인트들의 축들은 서로 평행한, 로봇 그리퍼.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   각각의 조인트는 모터를 포함하는, 로봇 그리퍼.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 제 1 팔랑크스들과 연계된 모터들은 상기 베이스 섹션 내에 위치되는, 로봇 그리퍼.
7. 제 6 항에 있어서,
   제 2 팔랑크스와 연계된 모터는 상기 핑거 내에 위치되는, 로봇 그리퍼.
8. 제 5 항에 있어서,
   상기 그리퍼는 리스트 연결부(wrist connection)를 통해 상기 베이스에 회전가능하게 연결되는 아암(arm) 섹션을 더 포함하며, 각각의 모터는 상기 조인트들로부터 멀리 떨어져 리스트 부분 내에 위치되고, 각각의 모터는 텐던 결합(tendon linkage)에 의해 조인트에 연결되는, 로봇 그리퍼.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   각각의 핑거는 팁(tip) 부분을 포함하고, 상기 핑거들은 각각의 핑거의 팁 부분들이 접촉하는 핀치 구성(pinch configuration)과 개방 구성(open configuration)들 사이에서 이동하도록 구성되는, 로봇 그리퍼.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 핑거들은 핑거네일 돌출부(fingernail protrusion)를 포함하는, 로봇 그리퍼.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 그리퍼는 상기 제 1 핑거에 마주하는 추가 핑거들을 포함하며, 각각의 추가 핑거는 n+m 개의 팔랑크스들을 포함하는, 로봇 그리퍼.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 로봇 그리퍼를 포함하는 로봇.

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