WO2016144057A1 - 공간 순응 손가락 모듈 및 이를 구비한 그리퍼 - Google Patents

공간 순응 손가락 모듈 및 이를 구비한 그리퍼 Download PDF

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WO2016144057A1
WO2016144057A1 PCT/KR2016/002202 KR2016002202W WO2016144057A1 WO 2016144057 A1 WO2016144057 A1 WO 2016144057A1 KR 2016002202 W KR2016002202 W KR 2016002202W WO 2016144057 A1 WO2016144057 A1 WO 2016144057A1
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WO
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finger
rotation
bending
axis
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PCT/KR2016/002202
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English (en)
French (fr)
Inventor
오용환
김태욱
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Korea Institute of Science and Technology KIST
Original Assignee
Korea Institute of Science and Technology KIST
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    • 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
    • B25J15/086—Gripping heads and other end effectors having finger members with means for synchronizing the movements of the fingers
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a finger module and a gripper having the same, and more particularly, to a finger module and a gripper having the same capable of responding to a space.
  • End effectors for robotic arms are being devised that can perform gripping operations to perform more diverse and sophisticated functions.
  • a gripper using a finger structure As a form capable of performing the gripping operation, a gripper using a finger structure is used.
  • the finger motion of the conventional gripper is constrained on the one-dimensional plane, and thus the gripping function is limited.
  • anthropomorphic robotic hands are being developed that mimic the structure of human hands.
  • too many actuators and systems are required for gripping, which is more complicated and expensive than necessary.
  • a finger module operating in compliance with a space is applied to a gripper to provide an end effector that can make a maximum grip shape with a minimum driver when the gripper grabs an actual object.
  • the present invention includes a frame, a finger structure rotatable in two directions with respect to the frame relative to the bending axis and the open axis of rotation extending in different directions, and a motor for operating the finger structure, the finger
  • the structure may perform a bending operation that rotates with respect to the bending rotation axis and an opening operation that rotates with respect to the opening rotation axis, and a bending operation is first performed by driving the motor, and when the bending operation is limited,
  • a finger module configured to perform the opening operation by a driving force.
  • the opening operation and the bending operation may be simultaneously performed, such that the finger structure moves along the curved surface of the object and maintains contact with the object.
  • the finger module is a joint structure for applying a force to receive the driving force of the motor so that the finger structure is rotated simultaneously with respect to the bending rotation axis and the open rotation axis, and the finger structure is the opening axis of rotation Further comprising an opening stiffness imparting device for imparting rigidity to restrain rotation about the center, wherein the finger module contacts the object, and the motor provides a driving force to overcome the rigidity imparted by the open stiffness imparting device.
  • the finger structure rotates about the open axis of rotation.
  • the joint structure is a spherical link structure comprising a plurality of links rotatably connected about a plurality of spherical link axis of rotation, the plurality of spherical link axis of rotation meet at one intersection, and is connected to the motor
  • the input shaft of the joint structure is arranged in line with the opening axis of rotation.
  • the bending rotation axis and the open axis of rotation are perpendicular to each other.
  • the finger structure includes a plurality of nodes connected in a row, the plurality of nodes are connected relative to the node axis of rotation rotatably.
  • the entire finger structure rotates about the bending rotation axis without relative rotation between the plurality of nodes, and the first node of the nodes of the finger structure.
  • a second node subsequent to the first node rotates about the first node rotation axis formed at the connection portion between the first node and the second node.
  • the spreading operation may be performed when the rotation of the node is limited at the end of the finger structure.
  • the finger structure is a crank rotatably connected about the first node rotation axis, the first crank rotation axis about the crank is rotatably connected, and receives the driving force of the motor
  • a first node link for applying a force to rotate the crank about the first node axis of rotation, a first bending rigidity imparting device for constraining the crank to freely rotate with respect to the first node;
  • the crank applies a force to the first node and the first node rotates about the bending axis of rotation.
  • the finger structure has a second node link, one end of which is freely rotatable with respect to the crank on the second crank rotation axis, and the other end of which is connected to apply a force to the second node.
  • the crank rotates about the first node rotation axis and overcomes the first bending stiffness imparted by the first bending stiffness applying device.
  • the second node link exerts a force on the second node by the rotation of the crank, so that the second node rotates about the first node about the first node rotation axis.
  • a base includes a first finger module fixed to the base, wherein the first finger module is the finger module, and the frame of the first finger module is gripper fixed to the base. Is provided.
  • the gripper further comprises a second finger module fixed to the base, the second finger module and the first finger module and the mirror so that the opening direction of the first finger module and the opposite direction is made in the opposite direction It is formed in a symmetrical structure.
  • the gripper further comprises a third finger module fixed to the base, the third finger module and the second finger module and the second finger module and the bending operation direction is made in the opposite direction and It is formed in a mirror symmetrical structure.
  • the open axis of rotation of the third finger module may be fixed so that the open operation is not performed.
  • 1 to 5 illustrate a finger module according to an embodiment of the present invention from different angles.
  • FIG. 6 is a conceptual view illustrating the configuration of a finger structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 illustrates a five-section spherical link structure according to an example.
  • FIG. 8 illustrates a joint structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram illustrating the configuration of a finger module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a perspective view of a gripper according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an opening operation of a first finger module and a second finger module of the gripper of FIG. 10.
  • FIG. 12 is a view illustrating a bending operation of a second finger module and a third finger module of the gripper of FIG. 10.
  • FIG. 13 illustrates a state in which a cylindrical object is gripped using the gripper of FIG. 10.
  • FIG. 14 illustrates a gripper of a spherical object using the gripper of FIG. 10.
  • FIG. 1 to 5 show the finger module 1 according to an embodiment of the invention from different angles.
  • the finger module 1 includes a frame 40, a finger structure 10 fixed to the frame 40, a motor and a joint structure 30.
  • the frame 40 is formed of an upper frame 41, a side frame 42 and a lower frame 43 in a substantially "C" shape.
  • the motor 20 is inserted into the lower frame 43 of the frame 40, and the motor 20 is fixed to extend in the same direction as the side frame 42.
  • the side frame 42 of the frame 40 extends vertically at one end of the top frame 41 and the bottom frame 43, so that the joint structure 30 is connected to the top frame 41 and the bottom frame 43. Provides an operating space in which it can operate.
  • the rotary connector 120 is coupled to the middle of the upper frame 41.
  • Rotating connector 120 is a connection bundle 121 extending in the longitudinal direction of the upper frame 41 from the top of the upper frame 41, and the connection through the upper frame 41 perpendicular to the upper frame 41 A shaft 122.
  • the connecting shaft 122 is rotatably connected with respect to the top frame 41 at the open joint 114.
  • An opening axis S 1 (see FIG. 8) is defined extending through the center of the opening joint 114 and extending in the longitudinal direction of the connecting shaft 122, and the rotation connector 120 is an opening axis S 1. Is rotated about the upper frame 41.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating the configuration of a finger structure 10 according to an embodiment of the present invention.
  • a first flange 161 is formed to surround the side of the connection bundle 121, and the joint structure 30 may be formed.
  • the fourth link 34 penetrates through the first flange 161 and the connecting bundle 121 to connect the two members.
  • the first node 101 is freely rotatable with respect to the fourth link 34 at the bending joint 111.
  • a bending axis of rotation S 5 (see FIG. 8) is defined extending through the center of the bending joint 111 and extending in the longitudinal direction of the fourth link 34, and the first node 101 defines the bending axis of rotation S 5 . It is rotatable about the rotational connector 120 to the center.
  • the first node 101 may be said to be rotatable about the frame 40 about the bending rotation axis S 5 .
  • the rotation connector 120 rotates about the frame 40 about the opening axis of rotation S 1
  • the first node 101 is also about the frame 40 about the opening axis of rotation S 1 .
  • the second flange 162 is formed at the other end of the first node 101, and the first node shaft 135 is formed to pass through the two second flanges 162.
  • the first node shaft 135 is fixedly connected to the first node 101 at the first node joint 112.
  • a third flange 163 extending inwardly of the second flange 162 is formed at one end of the second node 102 connected in series with the first node 101, and the third flange 163 is formed of a third flange 163. It is connected freely rotatable with respect to one node shaft 135.
  • a first node axis of rotation S 6 is defined that passes through the center of the first node joint 112 and extends in the longitudinal direction of the first node shaft 135, and the second node 102 is the first node axis of rotation S 6. It can be rotated about the first node (101) around.
  • a fourth flange 164 is formed at the other end of the second node 102, and a second node shaft 136 is formed to pass through the two fourth flanges 164.
  • the second node shaft 136 is fixedly connected to the second node 102 at the second node joint 113.
  • a fifth flange 165 extending inwardly of the fourth flange 164 is formed at one end of the third node 103 connected in series with the second node 102, and the fifth flange 165 is formed of a fifth flange 165. It is connected freely rotatable with respect to the two node shaft 136.
  • the second node axis of rotation S 7 is defined to extend through the center of the second node joint 113 in the longitudinal direction of the second node shaft 136, and the third node 103 is the second node axis of rotation S 7. Rotatable about the second node 102 with respect to).
  • the upper surface of the first node 101 to the third node 103 is formed with a gripping surface (104, 105, 106) is formed flat, each of the gripping surface (104, 105, 106) is a first node 101 )
  • To the third node 103 is arranged to form the same plane when straight.
  • the first node 101 to the third node 103 are operated by a plurality of node links and cranks connected to the lower end, and rotate by moving from the lower end to the upper end with respect to the associated rotation axis to perform the gripping operation.
  • crank 142 having a substantially triangular shape is connected to the first node shaft 135.
  • a second torsion spring 132 is connected between the crank 142 and the first node shaft 135 as a first bending rigidity imparting device.
  • crank 142 is freely rotatable with respect to the first node shaft 135, but is freely constrained by the stiffness provided by the second torsion spring 132.
  • the rigidity provided by the torsion spring refers to the force that the torsion spring can maintain its shape without elastic deformation.
  • crank 142 When a force exceeding the rigidity provided by the second torsion spring 132 is applied to the crank 142, the crank 142 may rotate about the first node shaft 135 about the first node axis of rotation S 6 . Can be.
  • One end of the first node link 141 is connected to the first crank joint 152 corresponding to the other edge of the triangular edge of the crank 142.
  • a first crank rotation axis S 9 is defined at the center of the first crank joint 152 and extends in parallel with the first node rotation axis S 6 , and the first node link 141 is the first crank rotation axis S 9. It can be freely rotated about the crank 142 around.
  • the other end of the first node link 141 is connected to the end of the third link 33 of the joint structure 30 at the first node link joint 151.
  • a first node link rotation axis S 8 is defined at the center of the first node link joint 151 and extends in parallel with the first node axis of rotation S 6 , and the first node link 141 is a first node link axis of rotation. It is freely rotatable about the third link 33 about (S 8 ).
  • One end of the second node link 142 is connected to the second crank joint 153 corresponding to another corner of the triangular edge of the crank 142.
  • a second crank rotation shaft S 10 is defined at the center of the second crank joint 153 and extends in parallel with the first node rotation shaft S 6 , and the second node link 142 is the second crank rotation shaft S 10. It can be freely rotated about the crank 142 around.
  • the other end of the second node link 143 is rotatably connected to the second node link joint 154 formed on the rear surface of the third node 103.
  • a second node link axis of rotation S 11 extending in parallel with the first node axis of rotation S 6 is defined, and the second node link 142 is a second node link axis of rotation. It is possible to freely rotate about the third node 103 about S 11 .
  • the third torsion spring 133 is connected to the second node shaft 136 as a second bending rigidity imparting device.
  • the third node 103 is freely rotatable with respect to the second node shaft 136, but free rotation is constrained by the rigidity provided by the third torsion spring 133.
  • the third node 103 When a force exceeding the rigidity provided by the third torsion spring 133 is applied to the third node 103, the third node 103 is applied to the second node 102 about the second node rotation axis S 7 . Can rotate relative to
  • the force applied by the first node link 141 to the third node 103 is also applied to the second node 102 as it is.
  • the finger structure 10 has links that are constrained to each other so that relative rotation between components does not occur due to the restraining force of the second torsion spring 132 and the third torsion spring 133. It is in an integral state of movement.
  • This bending operation enables a so-called "pinch grip” operation of picking up a small, thin object such as a needle into the third segment 103 at the far end.
  • the bending operation of the finger structure 10 according to the present embodiment is not limited to being performed with the nodes 101, 102, 103 unfolded in a straight line.
  • crank 142 pushes the second node link 143 to the right, and the second node link 143 exerts a force on the third node 103.
  • the force applied by the first node link 141 to the third node 103 is also applied to the second node 102 as it is.
  • the second node 102 is rotated counterclockwise with respect to the first node 101.
  • the third node 103 is maintained in a state arranged in a date with the second node 102 and moves together with the second node 102.
  • second node 102 If second node 102 also contacts an object or reaches an acceptable rotational limit, second node 102 can no longer rotate and constrain its movement.
  • the third node 103 overcomes the rigidity of the third torsion spring 133 by the force pushed by the second node link 143 and rotates about the second node rotation axis S 7 . This third node 103 is rotated until the third node 103 contacts the object or reaches an acceptable limit.
  • the first link 101 to the third node 103 are rotated relative to each other by simply rotating the third link about the bending rotation axis S 5 , so as to sequentially wrap and grip the object.
  • power grip or "hook grip”, which allows hooks to be rotated to the limit of rotation to form hooks to support objects.
  • the finger structure 10 of the finger module 1 is to perform the opening operation to rotate based on the opening rotation axis (S 1 ) in addition to the bending operation based on the above-described bending rotation axis (S 5 ). Can be.
  • the finger module 1 includes a joint structure 30 formed of a five-section spherical link structure.
  • the spherical link structure is characterized by the movement of links along a spherical surface rather than a plane. Thus, determining the size of the link is determined by the angle on the circumference of the link and not by the length of the link.
  • This spherical link structure is characterized in that all of the rotating shafts provided at one point ("center point") meet.
  • the spherical link structure of Section 5 is operated by three rotational movements, it can be moved about two axes like the end node of a real human finger, and the object to be gripped by controlling the motion of one of them by a spring According to the size and shape of the deformable motion can be formed.
  • FIG. 7 illustrates a five-section spherical link structure in accordance with one embodiment.
  • the first link 31 ′ of the five-section spherical link structure is configured to rotate about the rotation axis S 2 by the rotation of the motor, and the remaining links freely rotate about the associated rotation axis. It is configured to.
  • the rotating shafts S 1 to S 5 of the spherical link structure are formed to meet at one point.
  • the rotating shaft S 2 is an input shaft of the motor 20, the rotating shaft S 1 is an open rotation shaft, and the rotating shaft S 5 is a bending rotation shaft.
  • the first link 31 'to change the position of the rotation shaft when the rotation (S 2), the first link 31' to the other rotation axis (S 3) associated with the. Accordingly, each link is rotated about the associated axis of rotation to satisfy the condition that all axes of rotation must meet at the center point.
  • the angle of the rotating shaft S 2 was 0 degrees, and the angle of the bending rotating shaft S 5 and the spreading rotation shaft S 1 was 90 degrees.
  • FIG. 8 shows a joint structure 30 according to the present embodiment.
  • the third link 33 is partially illustrated to describe the structure of the joint structure 30, which is a spherical joint structure.
  • the third link 33 includes a spherical link portion 331 extending from the fourth spherical link joint 314 to the third spherical link joint 313, and a third spherical link joint.
  • the node link portion 332 extends from 313 to the first node link joint 151. In FIG. 8, only the spherical link portion of the third link 33 is shown.
  • the motor 20 has a first link 31 and a first axis such that its axis extends in the direction of the first spherical link rotation axis S 2 , which is an input shaft of the joint structure 30. It is connected at the spherical link joint 311.
  • the other end of the first link 31 is rotatably connected to the second link 32 and the second spherical link joint 312.
  • the second spherical link rotation axis S 3 extends beyond the center of the second spherical link joint 312 and meets at the center point with the first spherical link rotation axis S 2 .
  • the other end of the second link 32 is rotatably connected to the third link 33 at the third spherical link joint 313 formed in the middle of the third link 33.
  • the third spherical link rotary shaft S 4 extends beyond the center of the third spherical link joint 313 and meets at the center point with the first spherical link rotary shaft S 2 and the second spherical link rotary shaft S 3 .
  • the spherical link portion 331 of the third link 33 extending from the third spherical link joint 313 extends to the fourth spherical link joint 314 and is rotatably connected to the fourth link 34.
  • the fourth spherical link joint 314 is concentric with the bending joint 111 defining the bending rotation axis S 5 .
  • the bending rotating shaft S 5 meets at one point with the first spherical link rotating shaft S 2 , the second spherical link rotating shaft S 3 , and the third spherical link rotating shaft S 4 .
  • the fourth link 34 may be rotatably inserted into the rotation bundle 121 of the rotation connector 120, or may be rotatably connected to the fourth link 34.
  • the rotating bundle 121 may be viewed as a fourth link of the joint structure 30 in a large sense.
  • the bending rotation axis S 5 is perpendicular to the opening rotation axis S 1 defined by the connection shaft 122 of the rotation connector 120, and forms the same axis as the first spherical link rotation axis S 2 .
  • the opening rotation axis S 1 meets at one point with the first spherical link rotation axis S 2 , the second spherical link rotation axis S 3 , the third spherical link rotation axis S 4 , and the bending rotation axis S 5 . .
  • the first torsion spring 131 is connected to the connecting shaft 122 forming the opening rotation shaft S 1 as a device for providing opening stiffness.
  • the connecting shaft 122 is freely rotatable with respect to the frame 40, but the free rotation is constrained by the rigidity provided by the first torsion spring 131.
  • the rotary connector 120 If a force exceeding the rigidity provided by the first torsion spring 131 is not applied to the rotary connector 120, the rotary connector 120 does not rotate about the open rotation axis S 1 and is fixed. . When a force equal to or greater than the rigidity provided by the first torsion spring 131 is applied to the rotary connector 120, the rotary connector 120 is rotated about an opening axis of rotation S 1 to perform an opening operation.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram of the configuration of the finger module 1 according to the present embodiment.
  • the joint structure 30 operates so that the rotation axis formed by the constituent links always meets at the center point, the second link so that the second spherical link rotation axis S 3 and the third spherical link rotation axis S 4 may meet at one point. 31 rotates about the center point.
  • the rotation of the third link 33 causes the bending structure of the finger structure 10 as described above.
  • the bending motion and the opening motion may be simultaneously performed by the rotation of one motor 20 by the joint structure 30, which is a spherical link structure of five sections that generates two degrees of freedom motion.
  • the finger structure 10 is always performed with the bending operation and the opening operation, the object that can be gripped will be limited, and the holding force will not be high.
  • the finger module 1 is guided so that the bending operation is first performed by the driving of the motor 20 by the action of the first torsion spring 131, and the bending operation is performed when the bending operation is stopped. It is configured to be.
  • the free rotation about the spreading axis S 1 of the fourth link 34 is restricted by the rigidity of the first torsion spring 131.
  • the fourth link 34 is fixed to the open rotation axis S 1 of the fourth link 34, and the third link 33 is rotated about the bending rotation axis S 5 . Only the bending operation of the finger structure 10 is made.
  • the third link 33 can no longer rotate about the bending rotation axis S 5 .
  • the third node 103 may be pinched through a pinch grip or the like. There may be a case where the bending motion of h) is limited.
  • the bending motion of the third node 103 is not limited due to the structure of the finger structure 10, the bending motion of the finger structure 10 is not completely limited.
  • the bending motions of the first and second nodes are also limited, thereby limiting the bending motion of the finger structure 10.
  • the fourth link 34 is the first torsion spring 131. Overcoming the rigidity is to rotate about the bending axis (S 5 ).
  • the finger structure 10 is in contact with a curved surface of a spherical body such as a ball, a space for bending motion is secured when the spreading operation is performed, so that the bending motion and the spreading motion are simultaneously performed along the curved surface of the object. As the finger structure moves, it is possible to maintain contact with the object (see FIG. 14).
  • the finger module 1 is a lack driving finger module for controlling a multi-degree of freedom finger structure composed of a plurality of joints by one motor 20.
  • First to third torsion springs were used for control of the underdrive module.
  • the second torsion spring 132 and the third torsion spring 133 are sufficient if the spring constant is determined so as to have a rigidity enough to overcome the weight of the finger structure 10.
  • the rigidity of the first torsion spring 131 is related to the gripping force of the finger structure 10. If the first torsion spring 131 is not elastically deformed, the opening operation is not performed. Therefore, the larger the rigidity of the first torsion spring 131 is, the greater the holding force due to the bending operation of the finger structure 10 is.
  • the motor control corresponding to the stiffness of the first to third torsion springs can be calculated. This will allow for smooth and precise gripping control.
  • the gripper 500 may be formed using the finger module 1 according to the present embodiment.
  • FIG. 10 is a perspective view of a gripper 500 according to an embodiment of the present invention.
  • the gripper 500 includes a base 511 in the form of a wide plate, a fixed shaft 512 extending vertically from the base, and a fixed frame in the shape of a "c" shape coupled to an upper end of the fixed shaft 512. .
  • the stationary frame includes side frames 514 and 515 spaced vertically apart from each other and a palm frame 516 disposed to cross the two side frames 514 and 515.
  • the frame 40 of the finger module (first finger module 1) corresponding to the above-described embodiment is fixed to the side frame 514 on one side.
  • the palm frame 516 is disposed perpendicular to the axial direction of the motor 20 of the first finger module 1.
  • the second finger module 1 'and the third finger module 1 "are coupled to the side frame 514 of the other side, respectively.
  • the second finger module 1' and the third finger module 1" Frames 40 ′, 40 ′′ are coupled to the side frame 514.
  • the second finger module 1 ′ has the same configuration as the first finger module 1, but the first finger module 1 is placed in a longitudinal mirror of the finger structure 10 of the first finger module 1. In the open view, it has the same mirror symmetry as reflected in the mirror.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an opening direction of the first finger module 1 and the second finger module 1 ′.
  • FIG. 11 illustrates a case in which the gripper 500 performs an operation of attaching a finger module to a wall and pushing a wall (not shown).
  • the first finger module 1 moves to the right. 1 ′′) is a state in which the finger module of the gripper 500 is opened while the opening operation is performed to the left side. Through this, the contact area of the gripper 500 with respect to the wall can be extended.
  • the gripper 500 is pushed forward by pushing the wall in a state where the finger module is open to both sides, so that more stable force transmission is possible.
  • the third finger module 1 is mirror symmetrical as reflected in the mirror when the second finger module 1 'is reflected in a mirror placed in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the finger structure of the second finger module 1'. Has a structure.
  • the connecting shaft is fixed to the frame so that the third finger module 1 "is not opened. That is, the third finger module 1" is capable of bending only.
  • the second finger module 1 ′ and the third finger module 1 ′′ are configured such that the spreading operation is performed in the opposite direction, such that the third nodes at the ends may contact each other.
  • the gripper 500 may include a first finger module 1 and a second finger module 1 ′ that perform an opening operation in the opposite direction, and may perform a stable gripping operation on various objects. .
  • FIG. 13 illustrates a gripping operation on the cylindrical object M.
  • Each motor of the first to third finger modules 1, 1 ', and 1 is driven to bend each finger module simultaneously (Fig. 13 (a)).
  • This operation is useful for stably holding a relatively long cylindrical object (M), and even when holding a thin cylindrical object with a hook grip to hold the distance between the finger module to enable a more stable grip.
  • FIG. 14 illustrates a gripping operation of the spherical object M '.
  • Each motor of the first to third finger modules 1, 1 ', 1 is driven to simultaneously bend each finger module.
  • the finger structures 10 and 10 'of the two finger modules 1 and 1' of the gripper 500 move in conformity with the curved surface while maintaining contact with the object M ', thereby enabling a stable grip. .

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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
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.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 공간에 순응하여 동작하는 손가락 모듈을 그리퍼에 적용하여 그리퍼가 실제 물건을 잡을 때 최소한의 구동기로 최대한의 파지 형태를 만들 수 있는 엔드 이펙터를 제공한다.
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.
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.
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)).
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.
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 (14)

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 굽힘 회전축과 상기 벌림 회전축은 서로 직교하는 것을 특징으로 하는 손가락 모듈.
  6. 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.
  7. 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.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 벌림 동작은, 상기 손가락 구조체의 끝단에 마디의 회전 동작이 제한되면 수행되도록 구성된 것을 특징으로 하는 손가락 모듈.
  9. 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.
  10. 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.
  11. 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.
  12. 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.
  13. 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.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제3손가락 모듈은 벌림 동작이 이루어지지 않도록 벌림 회전축이 고정된 것을 특징으로 하는 그리퍼.
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