WO2017217732A1 - 역감 전달 시스템 - Google Patents

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WO2017217732A1
WO2017217732A1 PCT/KR2017/006133 KR2017006133W WO2017217732A1 WO 2017217732 A1 WO2017217732 A1 WO 2017217732A1 KR 2017006133 W KR2017006133 W KR 2017006133W WO 2017217732 A1 WO2017217732 A1 WO 2017217732A1
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WO
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finger
coupled
link
unit
coupler
Prior art date
Application number
PCT/KR2017/006133
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English (en)
French (fr)
Inventor
배준범
이정수
조인성
박연규
유범재
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울산과학기술원
(재)실감교류인체감응솔루션연구단
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to a feeling transfer system, and more particularly, to a feeling transfer system that can effectively transmit a feeling of feeling when touching a virtual object with a hand.
  • An adverse transmission system is a system for interacting with a virtual object by transmitting a force generated from the virtual object to a finger in the virtual reality.
  • an adverse transmission system the natural movement of the hand must be possible, but the force generated from the virtual object must be accurately transmitted to the user's hand.
  • the pneumatic pressure transmission system in the existing, it is configured to transmit the force to the user by adjusting the length of the piston.
  • the piston since the piston is connected to the finger by a rotary joint, the direction of the force acting on the finger is not perpendicular to the hand, and thus there is a limit different from the direction of the force transmitted by the actual virtual object.
  • the range in which the hand can move due to the length of the piston is limited.
  • the user can not move the arm freely because it is not worn on the hand, the size is large, the mobility of the user is limited.
  • An object of the present invention is to provide a force transmission system capable of transmitting a more accurate force to a finger while free hand movement.
  • the force transmission system the back of the hand worn on the back of the hand;
  • a driving unit provided in the back of the hand to generate rotational force;
  • a drive link rotatably coupled to the drive unit and rotating by the rotational force;
  • a driven link coupled by a first coupler to have two degrees of freedom in the drive link;
  • a finger wearing portion coupled to the driven link by a second coupler to have three degrees of freedom and worn at an end of the finger;
  • a controller for estimating the position of the finger end and the angle of the finger joint and controlling the rotational force of the driving unit according to the estimated value.
  • the force transmission system the back of the hand worn on the back of the hand;
  • a driving unit provided in the back of the hand to generate rotational force;
  • a drive link rotatably coupled to the drive unit and rotating by the rotational force;
  • a driven link coupled by a first coupler to have two degrees of freedom in the drive link;
  • a finger wearing portion coupled to the driven link by a second coupler to have three degrees of freedom and worn at an end of the finger;
  • a driving unit sensor measuring a rotation angle of the driving unit;
  • a first hall sensor provided at one end of the first coupler and measuring a rotation angle of the driving link;
  • a second hall sensor provided at the other end of the first coupler to measure a rotation angle of the driven link;
  • the end position of the finger is calculated according to the rotation angle of the driving unit measured by the driving unit sensor, the rotation angle of the driving link measured by the first hall sensor, and the rotation angle of the driven link measured by the second hall sensor.
  • a control unit configured to calculate an angle of the finger joint using an end position of the finger, and to control a rotational force of the driving unit according to the angle of the joint of the finger
  • the first coupler has one end of the driving link. Is coupled to the rotatable around the first axis of rotation disposed in the inner and outer direction of the finger by the rotational force of the drive, the other end is coupled to the driven link, by the movement of the finger perpendicular to the back of the hand It is coupled to be rotatable about a second axis of rotation disposed in one direction, the second coupler is coupled to the finger wearing portion And a first rotational part coupled to be rotatable about a third rotational axis disposed in the internal and external directions of the finger by the movement of the finger, and protruding upward from the first rotational part, by the movement of the finger.
  • a second rotation part coupled to be rotatable about a fourth rotational axis disposed in the longitudinal direction of the finger, engaging the second rotation part and the driven link, and being disposed in the longitudinal direction of the driven link by the movement of the finger;
  • a third rotation unit coupled to be rotatable about the fifth rotating shaft.
  • the force transmission system according to the present invention is configured to have six degrees of freedom, so that movements such as holding hands, extending fingers, adduction, abduction, and the like are free, and can transmit a desired force to the ends of the fingers without disturbing the movement of the fingers. have.
  • FIG. 1 is a diagram showing an adverse transmission system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing the shape of the drive link and the driven link according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an enlarged view of a portion A in FIG. 1.
  • FIG. 4 is a cutaway perspective view illustrating a coupling structure of the driving link and the driven link in FIG. 3.
  • FIG. 5 is an enlarged view of a portion B in FIG. 1.
  • FIG. 6 is a cutaway perspective view illustrating a coupling structure of a driven link and a finger wearing part of FIG. 5;
  • FIG. 7 is a view showing an opening and closing member of the finger wearing part according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram showing a parameter for obtaining an end position of a finger in the force transmission system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a view showing a model for obtaining the angle of the adduction and abduction of the finger in the force transmission system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a kinematic model for obtaining a finger joint angle in the force transmission system according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an adverse transmission system according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an adverse transmission system according to another embodiment of the present invention.
  • 1 is a diagram showing an adverse transmission system according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a view showing the shape of the drive link and the driven link according to an embodiment of the present invention.
  • the force transmission system is a system for interacting with a virtual object by transmitting a force generated in the virtual object to an end portion of a user's finger.
  • the adverse delivery system can also be used in the field of rehabilitation medicine.
  • the user may be a robot as well as a person.
  • wearing the force transmission system in the hand of the robot it can of course be worn on the hand of a person.
  • the above-mentioned force transmission system is described by way of example to transmit force to three fingers such as a thumb, an index finger, and a middle finger.
  • the force transmission system The force transmission system, the back of the hand wearing portion 10, the driving portion 20, the driving link 30, the driven link 40, the finger wearing portion 50, the first coupler 60, the second coupler 70 , A driver sensor (not shown), first and second hall sensors (not shown), and a controller (not shown).
  • the back of the hand wearing portion 10 is formed to be worn on the back of the user's hand.
  • the back of the hand wearing portion 10 is formed to surround at least a portion of the back of the hand.
  • the back of the hand 10 may be worn on the wrist in addition to the back of the hand.
  • the driving unit 20 is installed on the back of the hand wearing portion 10.
  • the driving unit 20 is detachably coupled to the driving unit holder 11 provided in the back of the hand wearing unit 10.
  • the said drive part 20 demonstrates an example using a rotating motor.
  • the drive unit 20 is disposed to be elongated in a direction inclined at a predetermined set angle from the longitudinal direction x of the finger.
  • the setting angle is about 45 degrees, for example.
  • the driving unit 20 is inclined at an angle of 45 degrees from the longitudinal direction x of the finger, so that the area occupied on the back of the hand wearing unit 10 when the plurality of driving units 20 is mounted may be minimized, thereby causing the adverse reaction. It can contribute to the miniaturization of the delivery system.
  • the drive link 30 is rotatably coupled to the drive unit 20 and rotates by the rotational force of the drive unit 20.
  • the drive link 30 and the drive unit 20 are coupled to an active joint.
  • the driving unit 20 is disposed to be inclined 45 degrees from the longitudinal direction x of the finger, the rotating shaft of the driving unit 20 and the sixth rotating shaft 86 of the driving link 30 are An example will be described as being coupled by the bevel gear 22.
  • the present invention is not limited thereto, and the driving link 30 and the driving unit 20 may be coupled to one rotation shaft.
  • the drive link 30 is integrally formed with a first drive link unit 31 and a second drive link unit 32.
  • the first driving link unit 31 is coupled to the driving unit 20, and is formed to be elongated upward from the back of the hand wearing unit 10. An end portion of the first driving link part 31 is coupled to the driving part 20 by the sixth rotation shaft 86.
  • the sixth rotation shaft 86 of the first driving link unit 31 and the rotation shaft of the driving unit 20 are coupled by the bevel gear 22.
  • the first drive link unit 31 is rotated by the rotational force of the drive unit 20.
  • the second drive link portion 32 extends from the first drive link portion 31.
  • the second driving link unit 32 is inclined at a predetermined first predetermined angle ⁇ from the first driving link unit 31 and is formed to be inclined upward.
  • An end portion of the second driving link portion 31 is coupled to the first coupler 60.
  • the first setting angle ⁇ is set differently depending on the length of the first driving link portion 31 and the second driving link portion 32 or the length of the finger.
  • the driven link 40 is moved by the rotational force transmitted from the drive link 30 or in accordance with the movement of the finger.
  • the driven link 40 includes a first driven link portion 41 and a second driven link portion 42 integrally formed with each other.
  • the first driven link unit 41 is coupled to the second coupler 70 and is elongated upward from the second coupler 70.
  • the first driven link portion 41 and the second coupler 70 are coupled to a passive joint.
  • the second driven link portion 42 extends from the first driven link portion 41.
  • the second driven link portion 42 is inclined at a predetermined second predetermined angle ⁇ from the first driven link portion 41 and is formed to be inclined upwardly.
  • An end portion of the second driven link portion 42 is coupled to the first coupler 60.
  • the second driven link portion 42 and the first coupler 60 are coupled to a driven joint.
  • the second set angle ⁇ is set differently depending on the length of the first driven link portion 41 and the second driven link portion 42 or the length of the finger.
  • the first driving link unit 31 and the second driving link unit 32 are formed to form the first set angle ⁇ , and the first driven link unit 41 and the Since the second driven link portion 42 is formed to achieve the second set angle ⁇ , the driving link 30 and the driven link 40 may not touch the finger when the finger is bent. .
  • FIG. 2C is a view for comparing with FIG. 2B.
  • the driving link 30 and the driven link 40 are each formed in a straight line shape, the finger bends when the finger is bent. Since the driving link 30 and the driven link 40 are in contact with the finger, there is a restriction on the movement of the finger.
  • the finger wearing unit 50 includes a finger holder 51, an opening and closing member 52, and an elastic member 53.
  • the finger holder 51 is formed in a ring shape so as to be fitted to an end of the finger, and an opening 51a having one side open.
  • the present invention is not limited thereto, and the finger holder 51 may be any shape as long as the end portion of the finger can be fitted therein.
  • the opening / closing member 52 includes a protrusion 52a formed at one end of the finger holder 51 and a hook portion 52b detachably coupled to the protrusion 52a.
  • the elastic member 53 is provided on the inner circumferential surface of the finger holder 51 to improve a feeling of wearing.
  • the elastic member 53 will be described with an example that silicon is used.
  • FIG. 3 is an enlarged view of a portion A in FIG. 1.
  • 4 is a cutaway perspective view illustrating a coupling structure of the driving link and the driven link in FIG. 3.
  • one end of the first coupler 60 is coupled to the driving link 30 and the other end of the first coupler 60 is coupled to the driven link 40. That is, the first coupler 60 is provided between the drive link 30 and the driven link 40 so that the driven link 40 has two degrees of freedom from the drive link 30.
  • One end 61 of the first coupler 60 is coupled to the drive link 30 and rotates about the first rotation shaft 81 disposed in the direction of movement of the finger by the rotational force of the drive unit 20. Combined as possible.
  • the movement direction of the finger is disposed long in the direction of the internal and external rotation of the finger.
  • One end 61 of the first coupler 60 is formed in a cylindrical bush shape to be coupled to the drive link 30 by the first rotation shaft 81.
  • the other end 62 of the first coupler 60 is coupled to the driven link 40 and provided to be rotatable about the second rotation shaft 82 by the movement of the finger.
  • the second rotation shaft 82 is disposed in a direction inclined in a predetermined angle range from the direction z perpendicular to the back of the hand, but the second rotation shaft 82 is perpendicular to the back of the hand on the assumption that the predetermined angle is very small. It will be described as being disposed long in the direction z.
  • FIG. 5 is an enlarged view of a portion B in FIG. 1.
  • FIG. 6 is a cutaway perspective view illustrating a coupling structure of a driven link and a finger wearing part of FIG. 5;
  • the second coupler 70 includes a first rotation part 71, a second rotation part 72, and a third rotation part 73, thereby having three degrees of freedom.
  • the first rotating part 71, the second rotating part 72 and the third rotating part 73 may be integrally formed, or may be separately manufactured and then fixedly coupled.
  • the first rotating part 71 is coupled to the finger wearing part 50. That is, the first rotation part 71 is formed in a cylindrical shape and is coupled by a third rotation shaft 83 between the pair of brackets 54 protruding upward from the finger wearing part 50.
  • the third rotation shaft 83 is disposed long in the internal and external direction y of the finger. Therefore, the first rotation part 71 may rotate about the third rotation shaft 83 by the movement of the finger.
  • the second rotating part 72 is formed to protrude upward from the first rotating part 71.
  • the second rotating unit 72 is coupled to the third rotating unit 73 and the fourth rotating shaft 84.
  • the fourth rotary shaft 84 is disposed in a direction inclined to a predetermined angle range in the length direction x of the finger, but the predetermined angle is assumed to be very small, and the fourth rotary shaft 84 is the length of the finger. It will be described as being disposed long in the direction x. Accordingly, the second rotation unit 72 may rotate about the fourth rotation shaft 84 by the movement of the finger.
  • the third rotating part 73 couples the second rotating part 72 to the driven link 40.
  • One end of the third rotation unit 73 is coupled to the second rotation unit 72 by the fourth rotation shaft 84, and the other end is coupled to the driven link 40 by the fifth rotation shaft 85.
  • the fifth rotating shaft 85 is disposed in the longitudinal direction of the driven link 40. In the present embodiment, since the longitudinal direction of the driven link 40 is described as the direction z perpendicular to the back of the hand, the fifth rotation shaft 85 is described as the direction z perpendicular to the back of the hand. .
  • the driver sensor (not shown) is a motor encoder that measures the rotation angle of the driver 20.
  • the rotation angle of the driving unit 20 may be assumed to be the same as the rotation angle ⁇ 1 of the first driving link unit 31 by the rotational force of the driving unit 20.
  • the first drive link unit 31 may be formed from the rotation angle of the drive unit 20. It is also possible to obtain the rotation angle ⁇ 1.
  • the first hall sensor (not shown) is provided at one end of the first coupler 60 to measure the rotation angle ⁇ 2 of the second driving link unit 32.
  • the second hall sensor (not shown) is provided at the other end of the first coupler 60 to measure the rotation angle ⁇ 3 of the second driven link portion 42.
  • sensors for measuring the joint angle of the finger for accurate measurement of finger movement may be provided, these sensors may be provided at one end or the other end of the first coupler 60 or the second coupler 70. have.
  • the rotational force of the driving unit 20 is determined under the control of the controller (not shown), the rotational force of the driving unit 20 is transmitted to the finger through the driving link 30 and the driven link 40.
  • the controller (not shown) estimates the position of the end of the finger and the joint angle of the finger, and adjusts the rotational force of the drive unit 20 accordingly.
  • the force applied to the end of the finger is adjusted by adjusting the rotational force of the drive unit 20.
  • FIG. 8 is a diagram showing a parameter for obtaining an end position of a finger in the force transmission system according to an embodiment of the present invention.
  • 9 is a view showing a model for obtaining the angle of the adduction and abduction of the finger in the force transmission system according to an embodiment of the present invention.
  • the method of estimating the position of the end of the finger is as follows.
  • l1 is the length of the first drive link portion 31
  • l2 is the length of the second drive link portion 32
  • l3 is the length of the first coupler 60
  • l4 is the second driven link portion 42
  • l1 to l5 are values that can be obtained in advance from the structural information of the adverse transmission system.
  • ⁇ 1 is the rotation angle of the drive unit 20
  • ⁇ 2 is the rotation angle ⁇ 2 of the second drive link unit 32
  • ⁇ 3 is the rotation angle ⁇ 3 of the second driven link unit 42.
  • ⁇ 1 to ⁇ 3 are values that can be measured from the driver sensor and the first and second Hall sensors (not shown).
  • ⁇ is an angle formed by the first driving link portion 31 and the second driving link portion 32
  • ⁇ is an angle formed by the first driven link portion 41 and the second driven link portion 42.
  • Indicates. ⁇ , ⁇ are values that can be obtained in advance from the structural information of the adverse transmission system.
  • Equations 1 to 3 may be obtained using the kinematic model shown in FIG. 8, and end positions Px, Py, and Pz of the fingers may be obtained through Equations 1 to 3.
  • the end positions Px, Py, and Pz of the finger may be obtained.
  • the abduction angle ⁇ A of the finger is an angle at which the finger moves in a left and right direction.
  • Fig. 9 shows a frame in which the end position of the finger is rotated according to the adduction and abduction angle ⁇ A.
  • Equation 4 The equation for the abduction angle ( ⁇ A) is the same as Equation 4.
  • Equation 4 An end position of the finger that rotates according to the angle of abduction and abduction obtained from Equation 4 can be obtained.
  • the end position of the finger which rotates according to the said abduction angle is called the end rotation position Px ', Py', Pz 'of the finger.
  • the end rotation positions Px ', Py', and Pz 'of the finger may be represented by Equation 5.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a kinematic model for obtaining a finger joint angle in the force transmission system according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 10A shows a state where the finger is stretched
  • FIG. 10B shows a state where the finger is stretched as a kinematic model.
  • the length ratio of each node is represented by 2.5f, 2.5f, and 5f.
  • the distance between the end portion of the first driving link portion 31 and the metacarpal joint MCP of the finger to represent a kinematic model is the distance between the end portion of the first driven link portion 41 and the finger end portion. Is assumed to be negligible.
  • Figure 10c shows the angle of the finger joint on the x'-z 'plane when bending the finger.
  • ⁇ M is the angle of metacarpophalangeal joint (MCP).
  • ⁇ P is the angle of the proximal interphalangeal joint (PIP).
  • ⁇ D is the angle of the distal interphalangeal joint (DIP).
  • ⁇ P and ⁇ D are the same. That is, since the difference between the angle ⁇ P of the proximal phalanx joint and the angle ⁇ D of the distal phalanx joint is within an error range, it is assumed that ⁇ P and ⁇ D are the same.
  • the length of L1 can be represented by Equation 6 from FIG. 10C.
  • ⁇ P, ⁇ D, and ⁇ M which are joint angles of the finger may be obtained using the kinematic model shown in Equation 6 and FIG. 10C.
  • the joint angles ⁇ P, ⁇ D, and ⁇ M of the finger may be calculated.
  • the controller may estimate the movement of the finger using the end rotation position P ′ of the finger and joint angles ⁇ P, ⁇ D, and ⁇ M of the finger.
  • the controller controls the drive unit 20 to transmit a desired force to the end of the finger without interfering with the movement of the finger.
  • the control unit controls the current of the drive unit 20 by using the end rotational position P ′ of the finger and the joint angles ⁇ P, ⁇ D, and ⁇ M of the finger, thereby providing a hard object and a smooth object. It can transmit by changing the sense of force generated from various objects such as objects.
  • the force transmission system configured as described above is easily attached to the back of the hand so that it is easy to bend the finger.
  • it does not interfere with movements such as holding hands, extending fingers, adduction, abduction, and the like.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an adverse transmission system according to another embodiment of the present invention.
  • the force transmission system includes a driving unit 20, a driving link 30, a driven link 40, a finger wearing unit 50, a first coupler 60,
  • the configuration including the second coupler 70 is the same as the above embodiment, but the driving unit 20 is disposed in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the finger and the shape of the finger wearing unit 50 is the embodiment. Different from the examples, the rest of the configuration and operation is similar, detailed description thereof will be omitted.
  • 11 illustrates that the driving unit is mounted only on the index finger, for example, but the present invention is not limited thereto, and the driving unit may be attached to a plurality of other fingers such as a thumb, the index finger, and a middle finger.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an adverse transmission system according to another embodiment of the present invention.
  • the force transmission system includes a driving unit 20, a driving link 30, a driven link 40, a finger wearing unit 50, a first coupler 60,
  • the configuration including the second coupler 70 is the same as the above embodiment, but the driving unit 20 is disposed in the longitudinal direction of the finger is different from the above embodiment, and the rest of the configuration and operation is similar Detailed description will be omitted.

Abstract

본 발명에 따른 역감 전달 시스템은, 6자유도를 갖도록 구성됨으로써, 손을 쥐고 펴는 동작, 손가락의 내전, 외전 등과 같은 움직임이 자유롭고, 손가락의 움직임을 방해하지 않으면서 손가락의 단부로 원하는 힘을 전달할 수 있다. 또한, 손가락의 단부 위치와 손가락의 관절 각도를 추정하여, 손가락의 움직임을 측정하고 그에 따라 보다 정확한 역감을 전달할 수 있다.

Description

역감 전달 시스템
본 발명은 역감 전달 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가상의 물체를 손으로 만질 때 느껴지는 역감을 손가락에 효과적으로 전달할 수 있는 역감 전달 시스템에 관한 것이다.
역감 전달 시스템이란 가상 현실에서 가상의 물체에서 발생하는 힘을 손가락에 전달하여 가상 물체와 상호작용하기 위한 시스템이다. 역감 전달 시스템에서는 손의 자연스러운 움직임이 가능하면서도 가상의 물체에서 발생하는 힘을 사용자의 손에 정확하게 전달할 수 있어야 한다.
기존의 역감 전달 시스템 중에서 공압을 이용하는 경우는, 피스톤의 길이를 조절하여 사용자에게 힘을 전달하도록 구성된다. 이 경우, 손가락에 피스톤이 회전 조인트로 연결되기 때문에, 손가락에 작용하는 힘의 방향이 손과 수직하지 않으므로 실제 가상의 물체가 전달하는 역감의 방향과 다른 한계가 있다. 또한, 피스톤의 길이 때문에 손이 움직일 수 있는 범위가 제한되는 문제점이 있다.
한편, 손에 외부 로봇을 이용하여 힘을 전달하는 역감 전달 시스템의 경우, 손에 착용하는 형태가 아니기 때문에 사용자가 팔을 자유롭게 움직일 수 없으며, 크기가 커서 사용자의 이동성이 제약된다.
선행기술문헌: 한국등록특허 10-1485414
본 발명의 목적은, 손의 움직임이 자유로우면서 손가락에 보다 정확한 힘을 전달할 수 있는 역감 전달 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 역감 전달 시스템은, 손등에 착용하는 손등 착용부와; 상기 손등 착용부에 구비되어 회전력을 생성하는 구동부와; 상기 구동부에 회전가능하게 결합되고, 상기 회전력에 의해 회전하는 구동 링크와; 상기 구동 링크에 2자유도를 갖도록 제1커플러에 의해 결합된 피동 링크와; 상기 피동 링크에 3자유도를 갖도록 제2커플러에 의해 결합되고, 손가락의 단부에 착용되는 손가락 착용부와; 상기 손가락 단부의 위치와 상기 손가락 관절의 각도를 추정하고, 추정한 값에 따라 상기 구동부의 회전력을 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명에 따른 역감 전달 시스템은, 손등에 착용하는 손등 착용부와; 상기 손등 착용부에 구비되어 회전력을 생성하는 구동부와; 상기 구동부에 회전가능하게 결합되고, 상기 회전력에 의해 회전하는 구동 링크와; 상기 구동 링크에 2자유도를 갖도록 제1커플러에 의해 결합된 피동 링크와; 상기 피동 링크에 3자유도를 갖도록 제2커플러에 의해 결합되고, 손가락의 단부에 착용되는 손가락 착용부와; 상기 구동부의 회전각도를 측정하는 구동부 센서와; 상기 제1커플러의 일단에 구비되어, 상기 구동 링크의 회전각도를 측정하는 제1홀센서와; 상기 제1커플러의 타단에 구비되어, 상기 피동 링크의 회전각도를 측정하는 제2홀센서와; 상기 구동부 센서에서 측정한 상기 구동부의 회전각도, 상기 제1홀센서에서 측정한 상기 구동 링크의 회전각도, 상기 제2홀센서에서 측정한 상기 피동 링크의 회전각도에 따라 상기 손가락의 단부 위치를 계산하고, 상기 손가락의 단부 위치를 이용하여 상기 손가락 관절의 각도를 계산하고, 상기 손가락의 관절의 각도에 따라 상기 구동부의 회전력을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제1커플러는, 일단은 상기 구동 링크에 결합되고, 상기 구동부의 회전력에 의해 상기 손가락의 내외전방향으로 배치된 제1회전축을 중심으로 회전가능하도록 결합되고, 타단은 상기 피동 링크에 결합되고, 상기 손가락의 움직임에 의해 상기 손등에 수직한 방향으로 배치된 제2회전축을 중심으로 회전가능하도록 결합되고, 상기 제2커플러는, 상기 손가락 착용부에 결합되고, 상기 손가락의 움직임에 의해 상기 손가락의 내외전방향으로 배치된 제3회전축을 중심으로 회전가능하도록 결합된 제1회전부와, 상기 제1회전부에 상향 돌출되게 구비되고, 상기 손가락의 움직임에 의해 상기 손가락의 길이방향으로 배치된 제4회전축을 중심으로 회전가능하도록 결합된 제2회전부와, 상기 제2회전부와 상기 피동 링크를 결합시키고, 상기 손가락의 움직임에 의해 상기 피동 링크의 길이방향으로 배치된 제5회전축을 중심으로 회전가능하도록 결합된 제3회전부를 포함한다.
본 발명에 따른 역감 전달 시스템은, 6자유도를 갖도록 구성됨으로써, 손을 쥐고 펴는 동작, 손가락의 내전, 외전 등과 같은 움직임이 자유롭고, 손가락의 움직임을 방해하지 않으면서 손가락의 단부로 원하는 힘을 전달할 수 있다.
또한, 손가락의 단부 위치와 손가락의 관절 각도를 추정하여, 손가락의 움직임을 측정하고 그에 따라 보다 정확한 역감을 전달할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 역감 전달 시스템이 도시된 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 구동 링크와 피동 링크의 형상을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1에서 A부분을 확대 도시한 도면이다.
도 4는 도 3에서 구동 링크와 피동 링크의 결합 구조를 나타낸 절개 사시도이다.
도 5는 도 1에서 B부분을 확대 도시한 도면이다.
도 6은 도 5에서 피동 링크와 손가락 착용부의 결합 구조를 나타낸 절개 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 손가락 착용부의 개폐부재를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 역감 전달 시스템에서 손가락의 단부 위치를 구하기 위한 변수를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 역감 전달 시스템에서 손가락의 내외전 각도를 구하기 위한 모델을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 역감 전달 시스템에서 손가락 관절 각도를 구하기 위한 기구학 모델을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 역감 전달 시스템이 도시된 도면이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 역감 전달 시스템이 도시된 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명하면, 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 역감 전달 시스템이 도시된 도면이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 구동 링크와 피동 링크의 형상을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 역감 전달 시스템은, 가상의 물체에서 발생하는 힘을 사용자의 손가락의 단부에 전달하여 가상 물체와 상호작용하기 위한 시스템이다. 또한, 상기 역감 전달 시스템은, 재활 의료 분야에서도 사용가능하다. 여기서, 사용자는 사람 뿐만 아니라 로봇도 가능하다. 이하, 본 실시예에서는 상기 역감 전달 시스템을 로봇의 손에 착용한 것으로 예를 들어 설명하나, 사람의 손에도 물론 착용 가능하다.
상기 역감 전달 시스템은, 엄지 손가락, 검지 손가락, 중지 손가락 등 3개의 손가락에 역감을 전달하는 것으로 예를 들어 설명한다.
상기 역감 전달 시스템은, 손등 착용부(10), 구동부(20), 구동 링크(30), 피동 링크(40), 손가락 착용부(50), 제1커플러(60), 제2커플러(70), 구동부 센서(미도시), 제1,2홀센서(미도시) 및 제어부(미도시)를 포함한다.
상기 손등 착용부(10)는, 사용자의 손등에 착용하도록 형성된다. 상기 손등 착용부(10)는, 상기 손등의 적어도 일부를 감싸도록 형성된다. 상기 손등 착용부(10)는, 상기 손등 외에 손목에도 착용가능하다.
상기 구동부(20)는, 상기 손등 착용부(10)위에 설치된다. 상기 구동부(20)는 상기 손등 착용부(10)에 구비된 구동부 홀더(11)에 착탈가능토록 결합된다.
상기 구동부(20)는, 회전형 모터를 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다.
상기 구동부(20)는, 상기 손가락의 길이방향(x)으로부터 미리 설정된 설정 각도로 기울어진 방향으로 길게 배치된다. 여기서, 상기 설정 각도는 약 45도인 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 구동부(20)는 상기 손가락의 길이방향(x)으로부터 45도 기울어지게 배치됨으로써, 복수의 구동부들(20)을 장착시 상기 손등 착용부(10) 위에서 차지하는 면적이 최소화될 수 있으므로, 상기 역감 전달 시스템에 소형화에 기여할 수 있다.
상기 구동 링크(30)는, 상기 구동부(20)에 회전가능하게 결합되고, 상기 구동부(20)의 회전력에 의해 회전한다. 상기 구동 링크(30)와 상기 구동부(20)는 구동 조인트(active joint)로 결합된다. 본 실시예에서는, 상기 구동부(20)가 상기 손가락의 길이방향(x)으로부터 45도 기울어지게 배치되기 때문에, 상기 구동부(20)의 회전축과 상기 구동 링크(30)의 제6회전축(86)이 베벨 기어(22)에 의해 결합되는 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 구동 링크(30)와 상기 구동부(20)는 하나의 회전축으로 결합되는 것도 가능하다.
상기 구동 링크(30)는, 도 2를 참조하면, 제1구동 링크부(31)와 제2구동 링크부(32)가 일체로 형성된다.
상기 제1구동 링크부(31)는, 상기 구동부(20)에 결합되고, 상기 손등 착용부(10)로부터 상방향으로 길게 형성된다. 상기 제1구동 링크부(31)의 단부는 상기 제6회전축(86)에 의해 상기 구동부(20)에 결합된다. 상기 제1구동 링크부(31)의 제6회전축(86)과 상기 구동부(20)의 회전축은 상기 베벨 기어(22)에 의해 결합된다. 상기 제1구동 링크부(31)는 상기 구동부(20)의 회전력에 의해 회전된다.
상기 제2구동 링크부(32)는, 상기 제1구동 링크부(31)로부터 연장 형성된다. 상기 제2구동 링크부(32)는, 상기 제1구동 링크부(31)로부터 미리 설정된 제1설정각도(α)로 기울어지고, 상향 경사지게 형성된다. 상기 제2구동 링크부(31)의 단부는 상기 제1커플러(60)에 결합된다. 상기 제1설정각도(α)는, 상기 제1구동 링크부(31)와 상기 제2구동 링크부(32)의 길이나 손가락의 길이에 따라 다르게 설정된다.
상기 피동 링크(40)는, 상기 구동 링크(30)에서 전달되는 회전력에 의해 움직이거나 손가락의 움직임에 따라 움직인다.
상기 피동 링크(40)는, 도 2를 참조하면, 제1피동 링크부(41)와 제2피동 링크부(42)가 일체로 형성된다.
상기 제1피동 링크부(41)는, 상기 제2커플러(70)에 결합되고 상기 제2커플러(70)로부터 상방향으로 길게 형성된다. 상기 제1피동 링크부(41)와 상기 제2커플러(70)는 피동 조인트(passive joint)로 결합된다.
상기 제2피동 링크부(42)는, 상기 제1피동 링크부(41)로부터 연장 형성된다. 상기 제2피동 링크부(42)는, 상기 제1피동 링크부(41)로부터 미리 설정된 제2설정각도(β)로 기울어지고, 상향 경사지게 형성된다. 상기 제2피동 링크부(42)의 단부는 상기 제1커플러(60)에 결합된다. 상기 제2피동 링크부(42)와 상기 제1커플러(60)는 피동 조인트로 결합된다. 상기 제2설정각도(β)는, 상기 제1피동 링크부(41)와 상기 제2피동 링크부(42)의 길이나 손가락의 길이에 따라 다르게 설정된다.
도 2b를 참조하면, 상기 제1구동 링크부(31)와 상기 제2구동 링크부(32)가 상기 제1설정 각도(α)를 이루도록 형성되고, 상기 제1피동 링크부(41)와 상기 제2피동 링크부(42)가 상기 제2설정 각도(β)를 이루도록 형성됨으로써, 상기 손가락을 구부리는 동작시 상기 구동 링크(30)와 상기 피동 링크(40)가 상기 손가락에 닿지 않을 수 있다.
한편, 도 2c는 도 2b와 비교하기 위한 도면이며, 도 2c를 참조하면, 상기 구동 링크(30)와 상기 피동 링크(40)가 각각 직선 형태로 형성될 경우, 상기 손가락을 구부리는 동작시 상기 구동 링크(30)와 상기 피동 링크(40)가 상기 손가락에 닿게 되므로, 손가락의 움직임에 제약이 따르게 된다.
상기 손가락 착용부(50)는, 손가락 홀더(51), 개폐 부재(52) 및 탄성부재(53)를 포함한다.
상기 손가락 홀더(51)는, 상기 손가락의 단부에 끼워지도록 링 형상으로 형성되고 일측이 개구된 개구부(51a)가 형성된다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 손가락 홀더(51)는 상기 손가락의 단부를 끼울 수 있는 형상이라면 어느 것이나 가능하다.
상기 개폐 부재(52)는, 도 7을 참조하면, 상기 손가락 홀더(51)의 일단에 형성된 돌기부(52a)와, 상기 돌기부(52a)에 착탈가능토록 결합되는 후크부(52b)를 포함한다.
상기 탄성부재(53)는, 상기 손가락 홀더(51)의 내주면에 구비되어 착용감을 향상시킨다. 상기 탄성부재(53)는 실리콘이 사용되는 것으로 예를 들어 설명한다.
도 3은 도 1에서 A부분을 확대 도시한 도면이다. 도 4는 도 3에서 구동 링크와 피동 링크의 결합 구조를 나타낸 절개 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 제1커플러(60)는, 일단은 상기 구동 링크(30)에 결합되고, 타단은 상기 피동 링크(40)에 결합된다. 즉, 상기 제1커플러(60)는, 상기 구동 링크(30)와 상기 피동 링크(40)사이에 구비되어, 상기 피동 링크(40)가 상기 구동 링크(30)로부터 2자유도를 갖도록 형성된다.
상기 제1커플러(60)의 일단(61)은, 상기 구동 링크(30)에 결합되고 상기 구동부(20)의 회전력에 의해 상기 손가락의 움직임 방향으로 배치된 제1회전축(81)을 중심으로 회전가능하도록 결합된다. 여기서, 상기 손가락의 움직임 방향은 손가락의 내외전 방향(y)으로 길게 배치된 것으로 설명한다. 상기 제1커플러(60)의 일단(61)은 상기 제1회전축(81)에 의해 상기 구동 링크(30)와 결합되도록 원통형의 부시 형상으로 형성된다.
상기 제1커플러(60)의 타단(62)은, 상기 피동 링크(40)에 결합되고, 상기 손가락의 움직임에 의해 제2회전축(82)을 중심으로 회전가능하도록 구비된다. 상기 제2회전축(82)은 상기 손등에 수직한 방향(z)에서 소정각도 범위로 기울어진 방향으로 배치되나, 상기 소정각도는 매우 작다고 가정하여 상기 제2회전축(82)은 상기 손등에 수직한 방향(z)으로 길게 배치된 것으로 설명한다.
도 5는 도 1에서 B부분을 확대 도시한 도면이다. 도 6은 도 5에서 피동 링크와 손가락 착용부의 결합 구조를 나타낸 절개 사시도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 제2커플러(70)는, 제1회전부(71), 제2회전부(72) 및 제3회전부(73)를 포함함으로써, 3자유도를 갖도록 형성된다. 상기 제1회전부(71), 상기 제2회전부(72) 및 상기 제3회전부(73)는 일체로 형성되는 것도 가능하고, 별도로 제작된 후 고정 결합되는 것도 가능하다.
상기 제1회전부(71)는, 상기 손가락 착용부(50)에 결합된다. 즉, 상기 제1회전부(71)는 원통형상으로 형성되고, 상기 손가락 착용부(50)에서 상향 돌출된 한 쌍의 브래킷(54)사이에서 제3회전축(83)에 의해 결합된다. 상기 제3회전축(83)은 상기 손가락의 내외전 방향(y)으로 길게 배치된다. 따라서 상기 제1회전부(71)는, 상기 손가락의 움직임에 의해 상기 제3회전축(83)을 중심으로 회전할 수 있다.
상기 제2회전부(72)는, 상기 제1회전부(71)에서 상향 돌출 형성된다. 상기 제2회전부(72)는, 상기 제3회전부(73)와 제4회전축(84)으로 결합된다. 상기 제4회전축(84)은, 상기 손가락의 길이 방향(x)에서 소정각도 범위로 기울어진 방향으로 배치되나, 상기 소정각도는 매우 작다고 가정하여, 상기 제4회전축(84)은 상기 손가락의 길이방향(x)으로 길게 배치된 것으로 설명한다. 따라서 상기 제2회전부(72)는, 상기 손가락의 움직임에 의해 상기 제4회전축(84)을 중심으로 회전할 수 있다.
상기 제3회전부(73)는, 상기 제2회전부(72)와 상기 피동 링크(40)를 결합시킨다. 상기 제3회전부(73)의 일단은 상기 제2회전부(72)에 상기 제4회전축(84)으로 결합되고, 타단은 상기 피동 링크(40)에 제5회전축(85)으로 결합된다. 상기 제5회전축(85)은, 상기 피동 링크(40)의 길이방향으로 배치된다. 본 실시예에서는, 상기 피동 링크(40)의 길이방향이 상기 손등에 수직한 방향(z)인 것으로 설명하므로, 상기 제5회전축(85)은 상기 손등에 수직한 방향(z)인 것으로 설명한다.
상기 구동부 센서(미도시)는, 상기 구동부(20)의 회전각도를 측정하는 모터 엔코더이다. 상기 구동부(20)의 회전각도는 상기 구동부(20)의 회전력에 의해 상기 제1구동 링크부(31)의 회전각도(θ1)와 동일하다고 가정할 수 있다. 상기 구동부(20)의 회전각도와 상기 제1구동 링크부(31)가 회전하는 각도(θ1)의 차이가 클 경우, 상기 구동부(20)의 회전각도로부터 상기 제1구동 링크부(31)의 회전각도(θ1)를 구하는 것도 가능하다.
상기 제1홀센서(미도시)는, 상기 제1커플러(60)의 일단에 구비되어, 상기 제2구동 링크부(32)의 회전각도(θ2)를 측정한다.
상기 제2홀센서(미도시)는, 상기 제1커플러(60)의 타단에 구비되어, 상기 제2피동 링크부(42)의 회전각도(θ3)를 측정한다.
또한, 손가락 움직임의 정확한 측정을 위해 손가락의 관절 각도를 측정하기 위한 센서들이 구비될 수 있으며, 이 센서들은 상기 제1커플러(60)나 상기 제2커플러(70)의 일단이나 타단에 구비될 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 역감 전달 시스템의 작동을 살펴보면 다음과 같다.
상기 제어부(미도시)의 제어에 따라 상기 구동부(20)의 회전력이 결정되면, 상기 구동부(20)의 회전력이 상기 구동 링크(30)와 상기 피동 링크(40)를 통해 상기 손가락으로 전달된다.
이 때, 상기 제어부(미도시)는, 상기 손가락의 단부의 위치와 상기 손가락의 관절 각도를 추정하고, 그에 따라 상기 구동부(20)의 회전력을 조절한다. 상기 구동부(20)의 회전력을 조절하여 상기 손가락의 단부에 가해지는 힘이 조절된다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 역감 전달 시스템에서 손가락의 단부 위치를 구하기 위한 변수를 나타낸 도면이다. 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 역감 전달 시스템에서 손가락의 내외전 각도를 구하기 위한 모델을 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 상기 손가락의 단부의 위치를 추정하는 방법은 다음과 같다.
l1은 상기 제1구동 링크부(31)의 길이, l2는 상기 제2구동 링크부(32)의 길이, l3은 상기 제1커플러(60)의 길이, l4는 상기 제2피동 링크부(42)의 길이, l5는 상기 제1피동 링크부(42)의 길이를 나타낸다. l1 내지 l5는 상기 역감 전달 시스템의 구조 정보로부터 미리 얻을 수 있는 값이다.
θ1은 상기 구동부(20)의 회전각도이고, θ2는 상기 제2구동 링크부(32)의 회전각도(θ2)이고, θ3은 상기 제2피동 링크부(42)의 회전각도(θ3)이다. θ1 내지 θ3은 상기 구동부 센서, 상기 제1,2홀센서(미도시)로부터 측정할 수 있는 값이다.
α는 상기 제1구동 링크부(31)와 상기 제2구동 링크부(32)가 이루는 각도이며, β는 상기 제1피동 링크부(41)와 상기 제2피동 링크부(42)가 이루는 각도를 나타낸다. α,β는 상기 역감 전달 시스템의 구조 정보로부터 미리 얻을 수 있는 값이다.
도 8에 도시된 기구학 모델을 이용해 수학식 1 내지 수학식 3을 구할 수 있으며, 수학식 1 내지 수학식 3을 통해 손가락의 단부 위치(Px, Py, Pz)를 구할 수 있다.
이 때, 상기 손가락 단부의 위치와 상기 손가락 착용부(50)사이의 거리에 따른 오차는 매우 작다고 가정하여, 상기 손가락 단부의 위치와 상기 손가락 착용부(50)의 위치를 동일하다고 가정한다.
Figure PCTKR2017006133-appb-M000001
Figure PCTKR2017006133-appb-M000002
Figure PCTKR2017006133-appb-M000003
상기 수학식 1 내지 수학식 3을 참조하여, 상기 손가락의 단부 위치(Px, Py, Pz)를 구할 수 있다.
한편, 상기 손가락의 단부 위치를 알면, 상기 수학식 2를 통해 상기 손가락의 내외전 각도(θA)를 구할 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 손가락의 내외전 각도(θA)는 상기 손가락이 좌우방향으로 움직인 각도이다. 도 9는, 상기 손가락의 단부 위치를 상기 내외전 각도(θA)에 따라 회전하는 프레임으로 나타낸 것이다.
상기 내외전 각도(θA)에 대한 식은 수학식 4와 같다.
Figure PCTKR2017006133-appb-M000004
수학식 4로부터 구한 상기 내외전 각도에 따라 회전하는 상기 손가락의 단부 위치를 구할 수 있다. 이하, 상기 내외전 각도에 따라 회전하는 상기 손가락의 단부 위치를 상기 손가락의 단부 회전위치(Px‘, Py’, Pz‘)라 칭한다.
상기 손가락의 단부 회전위치(Px‘, Py’, Pz‘)는 수학식 5로 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2017006133-appb-M000005
상기 손가락의 단부 회전위치(Px‘, Py’, Pz‘)를 알면, 후술하는 수학식들을 통해 손가락 관절 각도를 구할 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 역감 전달 시스템에서 손가락 관절 각도를 구하기 위한 기구학 모델을 나타낸 도면이다.
도 10a는 손가락이 펴진 상태를 나타낸 것이고, 도 10b는 손가락이 펴진 상태를 기구학 모델로 나타낸 것이다.
도 10b에서, 손가락의 길이를 10f라고 가정할 경우, 각 마디의 길이 비율은 2.5f, 2.5f, 5f로 나타낸다. 또한, 기구학 모델로 나타내기 위해 상기 제1구동 링크부(31)의 단부와 상기 손가락의 중수지절관절(MCP) 사이의 거리는 상기 제1피동 링크부(41)의 단부와 상기 손가락 단부 사이의 거리와 비슷하여 무시할 수 있다고 가정한다.
한편, 도 10c는 손가락을 구부릴 경우 손가락 관절의 각도를 x’-z’평면상에 나타낸 것이다.
도 10c에서, θM은 중수지절관절(MCP, Metacarpophalangeal joint)의 각도이다. θP는 근위지절간관절(PIP, Proximal interphalangeal joint)의 각도이다. θD는 원위지절간관절(DIP, distal interphalangeal joint)의 각도이다.
여기서, θP와 θD는 같다고 가정한다. 즉, 손가락을 구부리는 동작시 상기 근위지절간관절의 각도(θP)와 상기 원위지절간관절의 각도(θD)의 차이는 오차범위내에 있으므로, θP와 θD는 같다고 가정한다.
상기 손가락의 단부 회전위치(Px‘, Py’, Pz‘)를 알기 때문에, 도 10c로부터 L1의 길이를 수학식 6으로 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2017006133-appb-M000006
또한, 수학식 6과 도 10c의 기구학 모델을 이용해 상기 손가락의 관절 각도인 상기 θP, θD, θM을 구할 수 있다.
상기 θP, θD, θM에 대한 식은 수학식 7과 수학식 8로 나타낸다.
Figure PCTKR2017006133-appb-M000007
Figure PCTKR2017006133-appb-M000008
상기와 같이, 상기 손가락의 단부 회전 위치(P’)를 알면, 상기 손가락의 관절 각도(θP, θD, θM)을 계산할 수 있다.
따라서 상기 제어부(미도시)는, 상기 손가락의 단부 회전 위치(P’)와 상기 손가락의 관절 각도(θP, θD, θM)를 이용하여 상기 손가락의 움직임을 추정할 수 있다.
또한, 상기 제어부(미도시)는, 손가락의 움직임을 방해하지 않으면서 손가락의 단부로 원하는 힘을 전달하도록 상기 구동부(20)를 제어한다. 상기 제어부(미도시)는, 상기 손가락의 단부 회전 위치(P’)와 상기 손가락의 관절 각도(θP, θD, θM)를 이용하여, 상기 구동부(20)의 전류를 제어함으로써, 단단한 물체, 부드러운 물체 등과 같은 다양한 물체에서 발생하는 역감을 변화시켜 전달할 수 있다.
상기와 같이 구성된 역감 전달 시스템은, 손등에 장착되기 때문에 손가락을 구부리는 동작이 용이하다. 또한, 6자유도를 갖도록 구성됨으로써, 손을 쥐고 펴는 동작, 손가락의 내전, 외전 등과 같은 움직임을 방해하지 않는다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 역감 전달 시스템이 도시된 도면이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 역감 전달 시스템은, 구동부(20), 구동 링크(30), 피동 링크(40), 손가락 착용부(50), 제1커플러(60), 제2커플러(70)를 포함하는 구성은 상기 일 실시예와 동일하나, 상기 구동부(20)가 손가락의 길이방향에 수직한 방향으로 배치된 것과 상기 손가락 착용부(50)의 형상이 상기 일 실시예와 상이하고, 그 외 나머지 구성 및 작동은 유사하므로 상세한 설명은 생략한다. 도 11은 검지 손가락에만 구동부가 장착된 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고 엄지, 검지, 중지 등 다른 복수의 손가락들에 구동부가 부착되는 것도 물론 가능하다.
도 12 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 역감 전달 시스템이 도시된 도면이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 역감 전달 시스템은, 구동부(20), 구동 링크(30), 피동 링크(40), 손가락 착용부(50), 제1커플러(60), 제2커플러(70)를 포함하는 구성은 상기 일 실시예와 동일하나, 상기 구동부(20)가 손가락의 길이방향으로 배치된 것이 상기 일 실시예와 상이하고, 그 외 나머지 구성 및 작동은 유사하므로 상세한 설명은 생략한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
본 발명은 역감 전달 시스템에 적용될 수 있다. 이상에서는 본 발명의 예시적인 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (15)

  1. 손등에 착용하는 손등 착용부와;
    상기 손등 착용부에 구비되어 회전력을 생성하는 구동부와;
    상기 구동부에 회전가능하게 결합되고, 상기 회전력에 의해 회전하는 구동 링크와;
    상기 구동 링크에 2자유도를 갖도록 제1커플러에 의해 결합된 피동 링크와;
    상기 피동 링크에 3자유도를 갖도록 제2커플러에 의해 결합되고, 손가락의 단부에 착용되는 손가락 착용부와;
    상기 손가락 단부의 위치와 상기 손가락 관절의 각도를 추정하고, 추정한 값에 따라 상기 구동부의 회전력을 제어하는 제어부를 포함하는 역감 전달 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동 링크는,
    상기 구동부에 결합되고, 상기 손등 착용부로부터 상방향으로 길게 형성된 제1구동 링크부와,
    상기 제1구동 링크부로부터 미리 설정된 제1설정각도로 기울어지고 상향 경사지게 형성되어 상기 제1커플러에 결합된 제2구동 링크부를 포함하는 역감 전달 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 피동 링크는,
    상기 제2커플러에 결합되고, 상기 제2커플러로부터 상방향으로 길게 형성된 제1피동 링크부와,
    상기 제1피동 링크부로부터 미리 설정된 제2설정각도로 기울어지고 상향 경사지게 형성되어 상기 제1커플러에 결합된 제2피동 링크부를 포함하는 역감 전달 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1커플러는,
    일단은 상기 구동 링크에 결합되고, 상기 구동부의 회전력에 의해 상기 손가락의 내외전방향으로 배치된 제1회전축을 중심으로 회전가능하도록 결합되고,
    타단은 상기 피동 링크에 결합되고, 상기 손가락의 움직임에 의해 상기 손등에 수직한 방향으로 배치된 제2회전축을 중심으로 회전가능하도록 결합되는 역감 전달 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2커플러는,
    상기 손가락 착용부에 결합되고, 상기 손가락의 움직임에 의해 상기 손가락의 내외전방향으로 배치된 제3회전축을 중심으로 회전가능하도록 결합된 제1회전부와;
    상기 제1회전부에 상향 돌출되게 구비되고, 상기 손가락의 움직임에 의해 상기 손가락의 길이방향으로 배치된 제4회전축을 중심으로 회전가능하도록 결합된 제2회전부와;
    상기 제2회전부와 상기 피동 링크를 결합시키고, 상기 손가락의 움직임에 의해 상기 피동 링크의 길이방향으로 배치된 제5회전축을 중심으로 회전가능하도록 결합된 제3회전부를 포함하는 역감 전달 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동부의 회전각도를 측정하는 구동부 센서를 더 포함하는 역감 전달 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1커플러의 일단에 구비되어, 상기 구동 링크의 회전각도를 측정하는 제1홀센서를 더 포함하는 역감 전달 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1커플러의 타단에 구비되어, 상기 피동 링크의 회전각도를 측정하는 제2홀센서를 포함하는 역감 전달 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 구동부 센서에서 측정한 상기 구동부의 회전각도, 상기 제1홀센서에서 측정한 상기 구동 링크의 회전각도, 상기 제2홀센서에서 측정한 상기 피동 링크의 회전각도에 따라 상기 손가락의 단부 위치를 계산하고,
    상기 손가락의 단부 위치를 이용하여 상기 손가락 관절의 각도를 계산하고,
    상기 손가락의 관절의 각도에 따라 상기 구동부의 회전력을 제어하는 역감 전달 시스템.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 손가락 착용부는,
    상기 손가락의 단부에 끼워지도록 링 형상으로 형성되고, 일측이 개구되게 형성된 손가락 홀더를 포함하는 역감 전달 시스템.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 손가락 착용부는,
    상기 손가락 홀더의 개구된 부분을 개폐시키는 개폐 부재를 더 포함하는 역감 전달 시스템.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 손가락 홀더의 내주면에는 탄성부재가 구비된 역감 전달 시스템.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동부는,
    상기 손등 착용부에 결합되고, 상기 손가락의 길이방향으로부터 미리 설정된 설정각도로 기울어진 방향으로 길게 배치된 역감 전달 시스템.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 구동부의 회전축과 상기 구동 링크의 회전축은 베벨 기어에 의해 결합된 역감 전달 시스템.
  15. 손등에 착용하는 손등 착용부와;
    상기 손등 착용부에 구비되어 회전력을 생성하는 구동부와;
    상기 구동부에 회전가능하게 결합되고, 상기 회전력에 의해 회전하는 구동 링크와;
    상기 구동 링크에 2자유도를 갖도록 제1커플러에 의해 결합된 피동 링크와;
    상기 피동 링크에 3자유도를 갖도록 제2커플러에 의해 결합되고, 손가락의 단부에 착용되는 손가락 착용부와;
    상기 구동부의 회전각도를 측정하는 구동부 센서와;
    상기 제1커플러의 일단에 구비되어, 상기 구동 링크의 회전각도를 측정하는 제1홀센서와;
    상기 제1커플러의 타단에 구비되어, 상기 피동 링크의 회전각도를 측정하는 제2홀센서와;
    상기 구동부 센서에서 측정한 상기 구동부의 회전각도, 상기 제1홀센서에서 측정한 상기 구동 링크의 회전각도, 상기 제2홀센서에서 측정한 상기 피동 링크의 회전각도에 따라 상기 손가락의 단부 위치를 계산하고, 상기 손가락의 단부 위치를 이용하여 상기 손가락 관절의 각도를 계산하고, 상기 손가락의 관절의 각도에 따라 상기 구동부의 회전력을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제1커플러는, 일단은 상기 구동 링크에 결합되고, 상기 구동부의 회전력에 의해 상기 손가락의 내외전방향으로 배치된 제1회전축을 중심으로 회전가능하도록 결합되고, 타단은 상기 피동 링크에 결합되고, 상기 손가락의 움직임에 의해 상기 손등에 수직한 방향으로 배치된 제2회전축을 중심으로 회전가능하도록 결합되고,
    상기 제2커플러는, 상기 손가락 착용부에 결합되고, 상기 손가락의 움직임에 의해 상기 손가락의 내외전방향으로 배치된 제3회전축을 중심으로 회전가능하도록 결합된 제1회전부와, 상기 제1회전부에 상향 돌출되게 구비되고, 상기 손가락의 움직임에 의해 상기 손가락의 길이방향으로 배치된 제4회전축을 중심으로 회전가능하도록 결합된 제2회전부와, 상기 제2회전부와 상기 피동 링크를 결합시키고, 상기 손가락의 움직임에 의해 상기 피동 링크의 길이방향으로 배치된 제5회전축을 중심으로 회전가능하도록 결합된 제3회전부를 포함하는 역감 전달 시스템.
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