WO2019208855A1 - Hmi 핸드모듈 - Google Patents

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WO2019208855A1
WO2019208855A1 PCT/KR2018/004967 KR2018004967W WO2019208855A1 WO 2019208855 A1 WO2019208855 A1 WO 2019208855A1 KR 2018004967 W KR2018004967 W KR 2018004967W WO 2019208855 A1 WO2019208855 A1 WO 2019208855A1
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WO
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finger
thumb
link
base
hmi
Prior art date
Application number
PCT/KR2018/004967
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
임현국
Original Assignee
주식회사 이지원인터넷서비스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00—Controls for manipulators
    • B25J13/02—Hand grip control means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators

Definitions

  • the present invention relates to an HMI hand module mounted on the wearer's hand to recognize the movement of the finger, but to accurately grasp the intention of the finger moving individually without interfering with the natural movement of the finger.
  • HMI human-machine interface
  • sensing parts need to be detected for each joint because the movement of each joint of the human body must be accurately understood and transmitted to the robot.
  • the HMI can sense the movement of the wearer unnecessarily because the sensing unit is disposed at each joint so that the robot can move according to the intention even in an emergency situation, and the robot can be naturally controlled to meet the intention of the person.
  • the related art is KR 10-1628311 B1.
  • the HMI hand module is mounted on the wearer's hand to recognize the movement of the finger, but do not interfere with the natural movement of the finger individually to accurately grasp the intention to move the finger To provide.
  • the base supporting the wearer's hand;
  • a plurality of finger fastening parts mounted on the base and provided to correspond to each finger and coupled with each finger to sense movement of the finger;
  • a thumb fastening part mounted on the base to correspond to the thumb and coupled with the thumb to sense the movement of the thumb.
  • the base may be provided to be in close contact with the back of the hand.
  • An extension part extending in the palm direction is formed at the upper end and the lower end of the base, and a grip part is vertically connected between the upper and lower extension parts.
  • the grip part is disposed toward the palm side and the grip part may be wrapped with the palm when the wearer's hand is pinched. have.
  • Four finger fastenings may be provided to correspond to the index finger, middle finger, ring finger, and the holding finger.
  • the finger fastening part may include a coupling part coupled to a finger at an end, a switching part for converting a yawing motion of a finger into a rolling motion, and a sensing part coupled to the base and sensing a rolling motion of the switching part.
  • the coupling part may have a ring shape through which a finger passes.
  • the switching unit may be composed of a yawing link extending from the coupling portion to the yawing motion with the finger, a rolling link coupled to the base for the rolling motion, and a switching link for connecting the yawing link and the rolling link to convert the yawing motion into a rolling motion.
  • the yawing link is composed of a front link and a rear link connected to allow relative rotation, a coupling portion is provided at the front end of the front link, the rear end of the rear link may be coupled to the base by the rotation axis.
  • the rear end of the yawing link is coupled to the base by a rotation axis
  • the switching link has a shape in which the center portion is bent and the front end may be coupled to the rear end of the yaw link by the rotation shaft and the rear end may be coupled to the front end of the rolling link by the rotation shaft.
  • An inclined surface is formed at the rear end of the yawing link and the front end of the rolling link, and the front end and the rear end of the switching link may be coupled to the inclined surface of the rear end of the yawing link and the front end of the rolling link, respectively.
  • the base supports the back of the hand, and the finger fastening portion and the thumb fastening portion may extend forward from the outside of the finger and thumb to form a exoskeleton.
  • the thumb fastening part is connected to the rear end of the base by a rotation axis, the thumb switching part for pitching movement, the thumb coupling portion provided at the front end of the thumb switching unit and the thumb coupling coupled to the base and the thumb sensing sensing the pitching movement of the thumb switching unit It can be composed of wealth.
  • the base is connected to the bracket by the rotation axis to the yaw movement and the bracket may be installed as a rotation axis to the thumb switch portion pitching movement.
  • the bracket is elastically supported on the base so that the restoring force may be provided to the bracket when the bracket is yawing by the movement of the thumb.
  • a plurality of finger fastening portions are provided side by side along the arrangement of the fingers on the upper surface of the base, the thumb fastening portion is provided on the side of the base so that the fastening positions of the finger fastening portions and the thumb fastening portion can intersect.
  • the HMI hand module of the present invention is mounted on the wearer's hand to recognize the movement of the finger, but can accurately grasp the intention of moving the finger individually without disturbing the natural movement of the finger.
  • FIG. 1 is a perspective view of an HMI hand module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view from above of the HMI hand module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a view showing a base of the HMI hand module according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a front view of the base of the HMI hand module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view showing a finger fastening portion of the HMI hand module according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a view showing a thumb fastening portion of the HMI hand module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 7 to 9 are views showing the movement of the finger fastening portion of the HMI hand module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view of an HMI hand module according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a view from above of the HMI hand module according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3 according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a view showing the base of the HMI hand module
  • Figure 4 is a front view of the base of the HMI hand module according to an embodiment of the present invention
  • Figure 5 is a finger fastening of the HMI hand module according to an embodiment of the present invention
  • 6 is a view showing a thumb fastening portion of the HMI hand module according to an embodiment of the present invention.
  • the base 100 for supporting the wearer's hand;
  • a plurality of finger fasteners 300 mounted on the base 100 and provided to correspond to each finger and coupled with each finger to sense movement of a finger;
  • a thumb fastening part 500 mounted to the base 100 and provided to correspond to the thumb and coupled with the thumb to sense the movement of the thumb.
  • the hand module of the present invention has a form that a person wears like a glove. To this end, various bases are mounted on the base and have a structure that is mounted on a human hand.
  • the base 100 is provided with a finger fastening part 300 and a thumb fastening part 500.
  • the finger fastening part 300 is provided to correspond to each finger.
  • the finger refers to the index finger, middle finger, ring finger, and possession except the thumb.
  • Finger fastener 300 is coupled to each finger to independently detect the movement of each finger.
  • the thumb fastener 500 is also mounted on the base and provided to correspond to the thumb, coupled with the thumb to sense the movement of the thumb. In this way, since the user wears a glove and detects movement corresponding to each finger, the robot's finger movement can be controlled according to the wearer's finger movement as much as possible even when the robot is remotely controlled.
  • the base 100 may be provided to be in close contact with the back of the hand.
  • 1 shows a hand module worn on the wearer's left hand, the embodiment worn on the right hand is not shown, but the technical principle is the same only the direction is changed.
  • the wearer inserts a finger between the grip part 130 and the base 100 and engages the finger fastening part 300 at the end of the finger. Accordingly, the finger is positioned between the grip 130 and the base 100 and the base 100 is positioned to face the back of the hand.
  • the base 100 is disposed so as to face the back of the hand, the base 100 supports the back of the hand as a whole, and the finger fastening part 300 and the thumb fastening part 500 extend forward from the outside of the finger and the thumb so that the Form can be achieved. Accordingly, by placing complex instruments on the outside of the hand, the hand is given to the wearer with maximum freedom to retract without being constrained by the instrument when the hand is held or unfolded. This, in turn, means that the scope of robot control is extended.
  • the upper and lower ends of the base are formed with extension portions 120 extending in the palm direction, and grip portions 130 for vertically connecting the upper and lower extension portions 120 are provided.
  • 130 is disposed in the palm side and the grip portion 130 may be wrapped in the palm when the wearer pinch the hand. Accordingly, the hand movement of the wearer is freely ensured, but the grip part 130 is prevented even when the hand is held as much as possible. If so, give a sense of stability.
  • the thickness and the shape of the grip 130 may be determined according to the range in which the robot's hand is movable.
  • the finger fastening part 300 is coupled to the coupling part 310 coupled to the finger at the end, the switching part 340 for converting the yawing motion of the finger into the rolling motion, and the base 100.
  • the sensing unit 350 may be configured to sense a rolling motion of the unit 340.
  • the coupling part 310 may have a ring shape through which a finger passes.
  • the coupling portion 310 By making the coupling portion 310 into a ring shape, even when using a steel material having a relatively high rigidity and no change in shape, there is less foreign object on the finger, and the weight of the hand module itself can be optimally taken.
  • the finger is inherently impossible to implement the rolling motion in the joint structure, in the case of the human hand mainly performs the yawing movement, the coupling portion 310 is fitted to the finger to yaw movement.
  • the switching unit 340 is provided without disturbing the yawing motion of the finger so that the yawing is converted to rolling at the end, and the sensing unit 350 measures the rolling by measuring the rolling. Measured and solved the layout problem at the same time.
  • the space between the finger joint and the joint is very narrow, but there is a lot of space behind the finger joint, so there is no difficulty in installing the sensor and does not restrain the freedom of the wearer's hand.
  • the switching unit 340 extends from the coupling unit 310, the yawing links 341 and 342 for yawing movement with the fingers, and the rolling link 345 coupled to the base 100 to perform the rolling movement.
  • the yaw link (341,342) and the rolling link 345 may be composed of a switching link 344 for converting the yawing motion to a rolling motion.
  • the yawing links 341 and 342 are composed of a front link 341 and a rear link 342 connected to allow relative rotation so as to correspond to each node of the finger.
  • a ring-type coupling portion 310 is provided at the front end of the front link 341 so that a finger may be fitted and the coupling portion 310 may also be rotated based on the yawing link, thereby providing softness even when worn.
  • the rear end of the rear link 342 may be coupled to the base 100 by a rotation axis. The rear link 342 enables the length adjustment to correspond to the size of a different hand for each wearer.
  • the rear ends of the yawing links 341 and 342 are coupled to the base 100 by a rotating shaft, and the switching link 344 has a shape in which the central link is bent, and the front end is coupled to the rear ends of the yawing links 341 and 342 by a rotating link and 345 may be coupled to the front end of the rotation axis.
  • inclined surfaces 343 and 346 are formed at the rear ends of the yawing links 341 and 342 and the front ends of the rolling links 345, and the front and rear ends of the switching links 344 are respectively after the yawing links 341 and 342. It may be coupled to the inclined surfaces (343, 346) of the end and the front end of the rolling link (345).
  • the yawing motion is converted into a rolling motion and transmitted. That is, when the yaw links 341 and 342 are yawing, the inclined surface 343 causes the switching link 344 to rotate halfway.
  • the switching link 344 is installed on the rolling link 345 through the inclined surface 346 so that the rolling link 345 performs a perfect rotation and a rolling motion.
  • the rolling link 345 may provide a force to restore the rolling motion by embedding the torsion spring.
  • Such a torsion spring is implemented in each of the links, so that the overall angle recovery power is implemented because the links are connected as a whole, but when installed in the rolling link 345, the spring can be easily installed without the need for a large design change. 7 to 9 show the overall conversion process of such a rotational motion.
  • the fastening part itself is installed through the rotation shaft 347 as shown in FIG. It is also possible to detect the movement of the finger.
  • FIG. 6 is a view showing a thumb fastening portion of the HMI hand module according to an embodiment of the present invention
  • the thumb fastening portion 500 is the rear end is connected to the rotational axis to the side end of the base 100 to switch the thumb
  • the thumb sensing part (520) which is provided at the front end of the thumb switch (520) and coupled to the thumb coupling portion 510 and the base 100 coupled to the thumb, senses the pitching motion of the thumb switch (520) ( 550).
  • the thumb unlike the other fingers in the structure of the joint implements the pitching movement.
  • the thumb needs to measure pitching.
  • the bracket 530 is connected to the rotation shaft to the base 100 to the yaw movement, and the bracket 530 may be installed to the rotation shaft so that the thumb switch 520 is pitched. That is, the thumb switch 520 moving together with the thumb is installed to the pitching movement on the bracket (530). And the bracket 530 is to be installed so as to make a rolling movement to the base 100 again.
  • the thumb sensing unit 550 is a sensor capable of sensing two axes, it is also possible to measure the pitching and rolling of such a thumb. That is, the pitching may be measured through the movement of the thumb switch 520 based on the thumb sensing unit 550 of the bracket 530 and the relative rolling with the base 100 may be measured through the movement of the bracket 530. will be.
  • the bracket 530 may be supported by the elastic body on the base 100 so that the restoring force may be provided to the bracket 530 when the bracket 530 yaws due to the movement of the thumb. This is to suppress the rolling of the thumb to some extent to induce the thumb to pinch in a stable and consistent posture when pinching. This gives a sense of stability to the control of the robot.
  • the plurality of finger fastening parts 300 are provided side by side along the arrangement of the fingers on the upper surface of the base 100, and the thumb fastening part 500 is provided on the side of the base 100 so that the finger fastening parts 300 are provided.
  • the fastening positions of the thumb fastening part 500 may be crossed. That is, as shown in FIG. 4, the positions 111, 112, 113, and 114 of the base 100 to which the four finger fastening parts 300 are fastened are arranged side by side, but the position 115 of the thumb fastening part 500 is coupled to the base ( It is formed on the side of 100 to form a substantially orthogonal shape. Accordingly, the glove type is mounted to simulate the movement of the hand as much as possible and to measure the angle of each finger naturally.
  • the HMI hand module of the present invention is mounted on the wearer's hand to recognize the movement of the finger, but can accurately grasp the intention of moving the finger individually without disturbing the natural movement of the finger.
  • base 300 finger fastening portion

Landscapes

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  • Prostheses (AREA)
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Abstract

착용자의 손을 지지하는 베이스; 베이스에 장착되며 각각의 손가락에 대응되도록 마련되고, 각각의 손가락과 결합되어 손가락의 운동을 감지하는 복수의 손가락 체결부; 및 베이스에 장착되며 엄지 손가락에 대응되도록 마련되고, 엄지 손가락과 결합되어 엄지 손가락의 운동을 감지하는 엄지 체결부;를 포함하는 HMI 핸드모듈이 소개된다.

Description

HMI 핸드모듈
본 발명은 착용자의 손에 장착되어 손가락의 움직임을 인식하되 손가락의 자연스러운 움직임을 방해하지 않으면서 손가락이 움직이는 의도를 개별적으로 정확히 파악할 수 있도록 하는 HMI 핸드모듈에 관한 것이다.
로봇기술이 발전됨에 따라 착용형 로봇 등이 개발되고 있다. 착용형 로봇 혹은 대형 로봇의 경우 조종자의 움직임을 의도로써 얼마나 정확히 파악하되 인체의 움직임을 구속하지 않는 것이 매우 중요하다.
특히 대형 로봇 등의 경우 조종자가 직접 탑승하거나 또는 외부에서 원격으로 로봇을 조종할 수 있는데, 이를 위해 휴먼-머신 인터페이스(HMI)의 정교함이 매우 중요하다.
HMI의 경우 인체의 각 관절의 움직임을 정확히 파악하여 로봇에 전달해야 하므로 관절마다 센싱부가 필요하다고 할 수 있다. 아울러 HMI는 센싱부가 관절마다 배치됨에 있어 착용자의 움직임을 불필요하게 구속하는 경우가 없어야 비상 상황에서도 의도에 따라 로봇이 움직이도록 할 수 있고, 사람의 의도에 부합되도록 로봇이 자연스럽게 조종될 수 있다.
한편, 자유로움을 부여하더라도 지나치다면 이는 오히려 로봇의 제어에 방해요소가 되는바, 이와 같은 HMI는 자요로운 움직임과 정확한 센싱을 보장하되 지나친 자유를 억제하고 적당한 테두리 안에서 조종이 정확히 될 수 있도록 기구적으로 구현하는 것이 중요하다고 할 수 있다.
한편, 신체의 각 부분 중 가장 움직임의 모사가 어렵고 복잡한 부분이 손과 손가락이라고 할 수 있다. 따라서, HMI분야에서도 손의 움직임을 정확히 파악하고 로봇에 전달하여 사람이 민감하게 로봇을 조종할 수 있도록 하는 기술이 필요하였던 것이다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
이에 관한 종래기술로는 KR 10-1628311 B1 이 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 착용자의 손에 장착되어 손가락의 움직임을 인식하되 손가락의 자연스러운 움직임을 방해하지 않으면서 손가락이 움직이는 의도를 개별적으로 정확히 파악할 수 있도록 하는 HMI 핸드모듈을 제공하고자 함이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 HMI 핸드모듈은, 착용자의 손을 지지하는 베이스; 베이스에 장착되며 각각의 손가락에 대응되도록 마련되고, 각각의 손가락과 결합되어 손가락의 운동을 감지하는 복수의 손가락 체결부; 및 베이스에 장착되며 엄지 손가락에 대응되도록 마련되고, 엄지 손가락과 결합되어 엄지 손가락의 운동을 감지하는 엄지 체결부;를 포함한다.
베이스는 손등에 밀착되도록 마련될 수 있다.
베이스의 상단과 하단에는 손바닥 방향으로 연장된 연장부가 형성되고, 상하의 연장부 사이를 수직으로 연결하는 그립부가 마련되며, 그립부는 손바닥측으로 배치되고 착용자가 손을 오므릴 경우 손바닥으로 그립부가 감싸질 수 있다.
손가락 체결부는 검지, 중지, 약지, 소지 손가락에 대응되도록 4개가 마련될 수 있다.
손가락 체결부는 단부에 손가락과 결합되는 결합부, 손가락의 요잉운동을 롤링운동으로 전환하는 전환부 및 베이스에 결합되며 전환부의 롤링운동을 센싱하는 센싱부로 구성될 수 있다.
결합부는 손가락이 관통하는 링 형상일 수 있다.
전환부는 결합부에서 연장되어 손가락과 함께 요잉운동을 하는 요잉링크, 베이스에 결합되어 롤링운동을 하는 롤링링크, 요잉링크와 롤링링크를 연결하여 요잉운동을 롤링운동으로 전환하는 전환링크로 구성될 수 있다.
요잉링크는 상대회전이 가능하도록 연결된 전방링크와 후방링크로 구성되며, 전방링크의 전단에 결합부가 마련되고, 후방링크의 후단은 회전축으로 베이스에 결합될 수 있다.
요잉링크의 후단부는 베이스에 회전축으로 결합되고, 전환링크는 중앙부가 절곡된 형상으로써 전단부가 요잉링크의 후단부에 회전축으로 결합되고 후단부가 롤링링크의 전단부에 회전축으로 결합될 수 있다.
요잉링크의 후단부와 롤링링크의 전단부에는 경사면이 형성되고, 전환링크의 전단부와 후단부는 각각 요잉링크의 후단부와 롤링링크의 전단부의 경사면에 결합될 수 있다.
베이스는 손등을 지지하고 손가락 체결부와 엄지 체결부는 손가락과 엄지의 외측에서 전방으로 연장됨으로써 외골격의 형태를 이룰 수 있다.
엄지 체결부는 후단이 베이스의 측단에 회전축으로 연결되어 피칭운동을 하는 엄지 전환부, 엄지 전환부의 전단에 마련되어 엄지 손가락과 결합되는 엄지 결합부 및 베이스에 결합되어 엄지 전환부의 피칭운동을 센싱하는 엄지 센싱부로 구성될 수 있다.
베이스에는 브라켓이 회전축으로 연결되어 요잉운동을 하도록 설치되고 브라켓에는 엄지 전환부가 피칭운동을 하도록 회전축으로 설치될 수 있다.
브라켓은 베이스에 탄성체로 지지되어 엄지 손가락의 움직임에 의해 브라켓이 요잉운동을 할 경우 브라켓에 복원력이 제공될 수 있다.
복수의 손가락 체결부는 베이스의 상면에 손가락의 배치를 따라 나란히 마련되고, 엄지 체결부는 베이스의 측면에 마련됨으로써 손가락체결부들과 엄지 체결부의 체결 위치는 교차될 수 있다.
본 발명의 HMI 핸드모듈에 따르면, 착용자의 손에 장착되어 손가락의 움직임을 인식하되 손가락의 자연스러운 움직임을 방해하지 않으면서 손가락이 움직이는 의도를 개별적으로 정확히 파악할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 HMI 핸드모듈의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 HMI 핸드모듈을 상방에서 바라본 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 HMI 핸드모듈의 베이스를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 HMI 핸드모듈의 베이스를 전방에서 바라본 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 HMI 핸드모듈의 손가락 체결부를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 HMI 핸드모듈의 엄지 체결부를 나타낸 도면.
도 7 내지 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 HMI 핸드모듈의 손가락 체결부의 움직임을 나타낸 도면.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 HMI 핸드모듈의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 HMI 핸드모듈을 상방에서 바라본 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 HMI 핸드모듈의 베이스를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 HMI 핸드모듈의 베이스를 전방에서 바라본 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 HMI 핸드모듈의 손가락 체결부를 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 HMI 핸드모듈의 엄지 체결부를 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 HMI 핸드모듈은, 착용자의 손을 지지하는 베이스(100); 베이스(100)에 장착되며 각각의 손가락에 대응되도록 마련되고, 각각의 손가락과 결합되어 손가락의 운동을 감지하는 복수의 손가락 체결부(300); 및 베이스(100)에 장착되며 엄지 손가락에 대응되도록 마련되고, 엄지 손가락과 결합되어 엄지 손가락의 운동을 감지하는 엄지 체결부(500);를 포함한다.
본 발명의 핸드모듈은 사람이 글러브를 사용하듯이 착용하는 형태를 갖는다. 이를 위해 베이스에는 각종 기구물들이 장착되며 또한 사람의 손에 장착되는 구조를 갖는다.
그리고 베이스(100)에는 손가락 체결부(300)와 엄지 체결부(500)가 마련된다. 손가락 체결부(300)는 각각의 손가락에 대응되도록 마련된다. 여기서, 손가락은 엄지를 제외한 검지, 중지, 약지, 소지를 의미한다. 손가락 체결부(300)는 각각의 손가락과 결합되어 각각의 손가락의 운동을 독립적으로 감지하도록 한다. 그리고 엄지 체결부(500) 역시 베이스에 장착되며 엄지 손가락에 대응되도록 마련되고, 엄지 손가락과 결합되어 엄지 손가락의 운동을 감지하도록 한다. 이와 같이 글러브의 형태로 착용하고 각각의 손가락에 대응되어 움직임을 감지하기 때문에 원격으로 로봇을 제어할 경우에도 로봇의 손가락 움직임을 최대한 착용자의 손가락 움직임에 맞게 제어할 수 있게 된다.
한편, 베이스(100)는 손등에 밀착되도록 마련될 수 있다. 도 1의 경우 착용자의 왼손에 착용되는 핸드모듈을 나타낸 것으로서, 오른손에 착용하는 실시예는 도시하지는 않았지만 방향만이 바뀔 뿐 기술적인 원리는 동일하다.
도 1의 경우에서, 착용자는 손가락을 그립부(130)와 베이스(100)의 사이로 삽입하고, 손가락의 끝에 손가락 체결부(300)를 결합시킨다. 그에 따라 손가락은 그립부(130)와 베이스(100)의 사이에 위치되고 베이스(100)는 손등을 마주하도록 위치된다. 그와 같이 베이스(100)가 손등을 향하도록 배치됨으로써 전체적으로 베이스(100)는 손등을 지지하고 손가락 체결부(300)와 엄지 체결부(500)는 손가락과 엄지의 외측에서 전방으로 연장됨으로써 외골격의 형태를 이룰 수 있다. 이에 따라 복잡한 기구물들을 손의 외부에 배치토록 함으로써 손을 오므리거나 펼 경우 기구에 구속되지 않고 최대한의 오므릴 수 있는 자유도를 착용자에게 부여하는 것이다. 이는 결국 로봇 조종의 범위가 확장됨을 의미한다.
또한, 도 1 및 3과 같이 베이스의 상단과 하단에는 손바닥 방향으로 연장된 연장부(120)가 형성되고, 상하의 연장부(120) 사이를 수직으로 연결하는 그립부(130)가 마련되며, 그립부(130)는 손바닥측으로 배치되고 착용자가 손을 오므릴 경우 손바닥으로 그립부(130)가 감싸질 수 있다. 그에 따라 착용자의 손 움직임을 자유로이 보장하되 최대한 손을 오므려도 그립부(130)에 저지되도록 함으로써 로봇이 손을 오므리는 경우 기구적인 무리가 없도록 제한하는 것이고, 그립부(130)를 감싸도록 함으로써 손을 오므리는 경우 안정감을 부여토록 한다. 그립부(130)의 두께나 형상 등은 로봇의 손이 가동 가능한 범위에 따라 정해지도록 할 수 있다.
한편, 손가락 체결부(300)는 검지, 중지, 약지, 소지 손가락에 대응되도록 4개가 마련될 수 있다. 구체적으로, 도 5와 같이 손가락 체결부(300)는 단부에 손가락과 결합되는 결합부(310), 손가락의 요잉운동을 롤링운동으로 전환하는 전환부(340) 및 베이스(100)에 결합되며 전환부(340)의 롤링운동을 센싱하는 센싱부(350)로 구성될 수 있다. 그리고 결합부(310)는 손가락이 관통하는 링 형상일 수 있다.
결합부(310)를 링 형상으로 함으로써 비교적 강성이 높고 형상의 변화가 없는 스틸 재질을 사용하더라도 손가락에 이물감이 적도록 하였으며 핸드모듈 자체의 중량을 최적으로 가져갈 수 있도록 한다.
또한 손가락은 본래 롤링운동의 구현이 관절 구조상 불가능하며, 사람의 손의 경우 주로 요잉운동을 수행하는바, 결합부(310)는 손가락에 끼워져 요잉운동을 하게 된다. 그러나 이를 계측하기 위하여 베이스(100)에 요잉을 감지할 수 있도록 센서를 직접 직결할 경우 레이아웃이 매우 어렵고 인접한 센서간의 설치 거리를 확보하기 매우 어려운 문제가 있다. 따라서, 이러한 불합리한 모순을 해결하기 위해 손가락의 요잉운동을 방해하지 않으면서도 전환부(340)를 두어 끝단에서 요잉이 롤링으로 변환되도록 하고, 센싱부(350)는 롤링을 측정하도록 함으로써 손가락의 요잉을 측정하고 동시에 레이아웃의 문제도 해결토록 하였다.
손가락 관절과 관절의 사이에는 공간이 매우 좁지만, 손가락 관절의 후방으로는 매우 많은 공간이 있어 센서를 설치하는데 있어 무리가 없고 착용자의 손의 자유로움을 구속하지 않는 것이다.
또한, 도 5와 같이, 전환부(340)는 결합부(310)에서 연장되어 손가락과 함께 요잉운동을 하는 요잉링크(341,342), 베이스(100)에 결합되어 롤링운동을 하는 롤링링크(345), 요잉링크(341,342)와 롤링링크(345)를 연결하여 요잉운동을 롤링운동으로 전환하는 전환링크(344)로 구성될 수 있다.
구체적으로, 요잉링크(341,342)는 상대회전이 가능하도록 연결된 전방링크(341)와 후방링크(342)로 구성되어 손가락의 각각의 마디와 일치되도록 한다. 그리고 전방링크(341)의 전단에 링 타입의 결합부(310)가 마련되어 손가락이 끼워지고 결합부(310) 또한 요잉링크를 기준으로 회동될 수 있도록 하여 착용시에도 부드러움을 주도록 한다. 또한 후방링크(342)의 후단은 회전축으로 베이스(100)에 결합될 수 있다. 후방링크(342)는 길이 조정이 가능하도록 하여 착용자마다 다른 손의 사이즈에 대응할 수 있도록 한다.
요잉링크(341,342)의 후단부는 베이스(100)에 회전축으로 결합되고, 전환링크(344)는 중앙부가 절곡된 형상으로써 전단부가 요잉링크(341,342)의 후단부에 회전축으로 결합되고 후단부가 롤링링크(345)의 전단부에 회전축으로 결합될 수 있다.
그리고 도시된 바와 같이 요잉링크(341,342)의 후단부와 롤링링크(345)의 전단부에는 경사면(343,346)이 형성되고, 전환링크(344)의 전단부와 후단부는 각각 요잉링크(341,342)의 후단부와 롤링링크(345)의 전단부의 경사면(343,346)에 결합될 수 있다.
이러한 구성을 통해 요잉운동을 롤링운동으로 변환하여 전달하는 것이다. 즉, 요잉링크(341,342)가 요잉운동을 할 경우 경사면(343)에 의해 전환링크(344)는 반 회전을 하게 된다. 그리고 전환링크(344)는 다시 롤링링크(345)에 경사면(346)을 통해 설치됨으로서 롤링링크(345)는 완벽한 회전을 하며 롤링운동을 하는 것이다. 그리고 롤링링크(345)에는 토션스프링을 내장함으로써 롤링운동시 원복할 수 있는 힘을 제공할 수 있다. 이와 같은 토션스프링은 각 링크의 어디에 설치하더라도 링크들이 전체적으로 연결되어 있기 때문에 전체적인 각도 회복력이 구현되지만, 롤링링크(345)에 설치할 경우 별도의 설계변경을 크게 할 필요없이 스프링을 쉽게 설치할 수 있는 것이다. 그리고, 도 7 내지 9는 이와 같은 회전운동의 전체적인 변환과정을 나타내는 것이다.
아울러, 손가락 체결부(300)의 경우 도 5와 같이 체결부 자체가 회전축(347)을 통해 설치됨으로써 피칭운동 역시 가능하도록 구성할 경우 착용자의 손가락 움직임이 더욱 자유롭고 해당 부분에 센서를 설치할 경우 더욱 정교한 손가락의 움직임을 감지하는 것도 가능해진다.
한편, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 HMI 핸드모듈의 엄지 체결부를 나타낸 도면으로서, 엄지 체결부(500)는 후단이 베이스(100)의 측단에 회전축으로 연결되어 피칭운동을 하는 엄지 전환부(520), 엄지 전환부(520)의 전단에 마련되어 엄지 손가락과 결합되는 엄지 결합부(510) 및 베이스(100)에 결합되어 엄지 전환부(520)의 피칭운동을 센싱하는 엄지 센싱부(550)로 구성될 수 있다. 엄지 손가락의 경우 관절의 구조상 다른 손가락들과는 달리 피칭운동을 구현하게 된다. 따라서, 엄지는 피칭을 측정하는 것이 필요하다.
이를 위해 베이스(100)에는 브라켓(530)이 회전축으로 연결되어 요잉운동을 하도록 설치되고 브라켓(530)에는 엄지 전환부(520)가 피칭운동을 하도록 회전축으로 설치될 수 있다. 즉, 엄지 손가락과 함께 움직이는 엄지 전환부(520)는 브라켓(530)에 피칭운동을 할 수 있도록 설치된다. 그리고 그 브라켓(530)이 다시 베이스(100)에 롤링운동을 할 수 있도록 설치되는 것이다.
따라서, 엄지의 피칭을 측정하면서도 동시에 엄지의 움직임이 피칭과 롤링이 섞여 나타나는 경우 이를 수용토록 함으로써 착용자에게 있어서 자유스러운 움직임을 보장하여 이질감이 최소화되도록 한다. 일반적으로 손을 오므리는 경우에는 주로 피칭이 많이 나타나지만, 일부 롤링도 함께 섞여 나오는 것이 엄지 관절의 구조이기 때문이다. 또한 엄지 센싱부(550)가 2축의 센싱이 가능한 센서라면 이와 같은 엄지의 피칭과 롤링을 함께 측정하는 것도 가능핟. 즉, 브라켓(530)의 엄지 센싱부(550)를 기준으로 엄지 전환부(520)의 움직임을 통해 피칭을 측정하고 브라켓(530)의 움직임을 통해 베이스(100)와의 상대적인 롤링을 측정하는 것도 가능한 것이다.
또한, 브라켓(530)은 베이스(100)에 탄성체로 지지되어 엄지 손가락의 움직임에 의해 브라켓(530)이 요잉운동을 할 경우 브라켓(530)에 복원력이 제공될 수 있다. 이는 엄지의 롤링을 어느 정도 억제토록 함으로써 엄지를 오므리는 경우 안정적인 자세와 일관된 자세로 오므릴 수 있도록 유도토록 하는 것이다. 이를 통해 로봇의 제어에 안정감을 부여한다.
그리고, 복수의 손가락 체결부(300)는 베이스(100)의 상면에 손가락의 배치를 따라 나란히 마련되고, 엄지 체결부(500)는 베이스(100)의 측면에 마련됨으로써 손가락 체결부(300)들과 엄지 체결부(500)의 체결 위치는 교차될 수 있다. 즉, 도 4에 도시된 것과 같이 4개의 손가락 체결부(300)가 체결되는 베이스(100)의 위치(111,112,113,114)는 나란히 배치되지만, 엄지 체결부(500)가 결합되는 위치(115)는 베이스(100)의 측면에 형성되어 대략 직교하는 형태를 이루게 된다. 그에 따라 글러브 타입으로 장착되어 최대한 손의 움직임을 모사하며 자연스럽게 각 손가락들의 각도를 측정하는 것이다.
본 발명의 HMI 핸드모듈에 따르면, 착용자의 손에 장착되어 손가락의 움직임을 인식하되 손가락의 자연스러운 움직임을 방해하지 않으면서 손가락이 움직이는 의도를 개별적으로 정확히 파악할 수 있게 된다.
본 발명의 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
[부호의 설명]
100 : 베이스 300 : 손가락 체결부
500 : 엄지 체결부

Claims (15)

  1. 착용자의 손을 지지하는 베이스;
    베이스에 장착되며 각각의 손가락에 대응되도록 마련되고, 각각의 손가락과 결합되어 손가락의 운동을 감지하는 복수의 손가락 체결부; 및
    베이스에 장착되며 엄지 손가락에 대응되도록 마련되고, 엄지 손가락과 결합되어 엄지 손가락의 운동을 감지하는 엄지 체결부;를 포함하는 HMI 핸드모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    베이스는 손등에 밀착되도록 마련된 것을 특징으로 하는 HMI 핸드모듈.
  3. 청구항 2에 있어서,
    베이스의 상단과 하단에는 손바닥 방향으로 연장된 연장부가 형성되고, 상하의 연장부 사이를 수직으로 연결하는 그립부가 마련되며, 그립부는 손바닥측으로 배치되고 착용자가 손을 오므릴 경우 손바닥으로 그립부가 감싸지는 것을 특징으로 하는 HMI 핸드모듈.
  4. 청구항 1에 있어서,
    손가락 체결부는 검지, 중지, 약지, 소지 손가락에 대응되도록 4개가 마련된 것을 특징으로 하는 HMI 핸드모듈.
  5. 청구항 1에 있어서,
    손가락 체결부는 단부에 손가락과 결합되는 결합부, 손가락의 요잉운동을 롤링운동으로 전환하는 전환부 및 베이스에 결합되며 전환부의 롤링운동을 센싱하는 센싱부로 구성된 것을 특징으로 하는 HMI 핸드모듈.
  6. 청구항 5에 있어서,
    결합부는 손가락이 관통하는 링 형상인 것을 특징으로 하는 HMI 핸드모듈.
  7. 청구항 5에 있어서,
    전환부는 결합부에서 연장되어 손가락과 함께 요잉운동을 하는 요잉링크, 베이스에 결합되어 롤링운동을 하는 롤링링크, 요잉링크와 롤링링크를 연결하여 요잉운동을 롤링운동으로 전환하는 전환링크로 구성된 것을 특징으로 하는 HMI 핸드모듈.
  8. 청구항 7에 있어서,
    요잉링크는 상대회전이 가능하도록 연결된 전방링크와 후방링크로 구성되며, 전방링크의 전단에 결합부가 마련되고, 후방링크의 후단은 회전축으로 베이스에 결합된 것을 특징으로 하는 HMI 핸드모듈.
  9. 청구항 7에 있어서,
    요잉링크의 후단부는 베이스에 회전축으로 결합되고, 전환링크는 중앙부가 절곡된 형상으로써 전단부가 요잉링크의 후단부에 회전축으로 결합되고 후단부가 롤링링크의 전단부에 회전축으로 결합된 것을 특징으로 하는 HMI 핸드모듈.
  10. 청구항 9에 있어서,
    요잉링크의 후단부와 롤링링크의 전단부에는 경사면이 형성되고, 전환링크의 전단부와 후단부는 각각 요잉링크의 후단부와 롤링링크의 전단부의 경사면에 결합된 것을 특징으로 하는 HMI 핸드모듈.
  11. 청구항 1에 있어서,
    베이스는 손등을 지지하고 손가락 체결부와 엄지 체결부는 손가락과 엄지의 외측에서 전방으로 연장됨으로써 외골격의 형태를 이루는 것을 특징으로 하는 HMI 핸드모듈.
  12. 청구항 1에 있어서,
    엄지 체결부는 후단이 베이스의 측단에 회전축으로 연결되어 피칭운동을 하는 엄지 전환부, 엄지 전환부의 전단에 마련되어 엄지 손가락과 결합되는 엄지 결합부 및 베이스에 결합되어 엄지 전환부의 피칭운동을 센싱하는 엄지 센싱부로 구성된 것을 특징으로 하는 HMI 핸드모듈.
  13. 청구항 12에 있어서,
    베이스에는 브라켓이 회전축으로 연결되어 요잉운동을 하도록 설치되고 브라켓에는 엄지 전환부가 피칭운동을 하도록 회전축으로 설치된 것을 특징으로 하는 HMI 핸드모듈.
  14. 청구항 13에 있어서,
    브라켓은 베이스에 탄성체로 지지되어 엄지 손가락의 움직임에 의해 브라켓이 요잉운동을 할 경우 브라켓에 복원력이 제공되는 것을 특징으로 하는 HMI 핸드모듈.
  15. 청구항 1에 있어서,
    복수의 손가락 체결부는 베이스의 상면에 손가락의 배치를 따라 나란히 마련되고, 엄지 체결부는 베이스의 측면에 마련됨으로써 손가락체결부들과 엄지 체결부의 체결 위치는 교차되는 것을 특징으로 하는 HMI 핸드모듈.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6239784B1 (en) * 1991-04-20 2001-05-29 Retinal Displays, Inc. Exo-skeletal haptic computer human/computer interface device
US20160018892A1 (en) * 2014-07-21 2016-01-21 Xiaochi Gu Hand motion-capturing device with force feedback system
US20160162022A1 (en) * 2014-12-08 2016-06-09 Rohit Seth Wearable wireless hmi device
KR20170086238A (ko) * 2016-01-18 2017-07-26 울산과학기술원 착용형 손 재활장치
KR101764328B1 (ko) * 2016-06-09 2017-08-02 울산과학기술원 역감 전달 시스템

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6239784B1 (en) * 1991-04-20 2001-05-29 Retinal Displays, Inc. Exo-skeletal haptic computer human/computer interface device
US20160018892A1 (en) * 2014-07-21 2016-01-21 Xiaochi Gu Hand motion-capturing device with force feedback system
US20160162022A1 (en) * 2014-12-08 2016-06-09 Rohit Seth Wearable wireless hmi device
KR20170086238A (ko) * 2016-01-18 2017-07-26 울산과학기술원 착용형 손 재활장치
KR101764328B1 (ko) * 2016-06-09 2017-08-02 울산과학기술원 역감 전달 시스템

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