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WO2017069456A1 - 물체 형상 적응형 로봇 손가락 의지 - Google Patents

물체 형상 적응형 로봇 손가락 의지 Download PDF

Info

Publication number
WO2017069456A1
WO2017069456A1 PCT/KR2016/011485 KR2016011485W WO2017069456A1 WO 2017069456 A1 WO2017069456 A1 WO 2017069456A1 KR 2016011485 W KR2016011485 W KR 2016011485W WO 2017069456 A1 WO2017069456 A1 WO 2017069456A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
link
bone
gripping
finger
fractured
Prior art date
Application number
PCT/KR2016/011485
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
최영진
윤덕찬
Original Assignee
한양대학교에리카산학협력단
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.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020150145283A external-priority patent/KR101763479B1/ko
Priority claimed from KR1020160099230A external-priority patent/KR101851860B1/ko
Application filed by 한양대학교에리카산학협력단 filed Critical 한양대학교에리카산학협력단
Publication of WO2017069456A1 publication Critical patent/WO2017069456A1/ko
Priority to US15/957,407 priority Critical patent/US10709584B2/en

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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/50—Prostheses not implantable in the body
    • A61F2/54—Artificial arms or hands or parts thereof
    • A61F2/58—Elbows; Wrists ; Other joints; Hands
    • A61F2/583—Hands; Wrist joints
    • A61F2/586—Fingers
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    • A61F2/70—Operating or control means electrical
    • 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
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    • A61F2002/5007—Prostheses not implantable in the body having elastic means different from springs, e.g. including an elastomeric insert
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    • A61F2002/5038—Hinged joint, e.g. with transverse axle restricting the movement
    • A61F2002/5043—Hinged joint, e.g. with transverse axle restricting the movement with rotation-limiting stops, e.g. projections or recesses
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    • A61F2/70—Operating or control means electrical
    • A61F2002/704—Operating or control means electrical computer-controlled, e.g. robotic control
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    • A61F2/78—Means for protecting prostheses or for attaching them to the body, e.g. bandages, harnesses, straps, or stockings for the limb stump
    • A61F2002/7862—Harnesses or straps

Definitions

  • the present invention relates to an object shape-adaptive robot finger will, and more particularly, an object shape-adaptive robot finger will, which allows a user whose part of a finger is cut to perform finger gripping and bending or pinching without a separate actuator. It is about.
  • the robot finger will is to be able to operate by attaching to the robot will when the first node (Proximal Phalanx) of the finger is left enough and the first joint, the fractured bone, can be operated.
  • the robot finger will is a device that can be mounted on the robot finger will when the patient can operate the cut finger by themselves to enable the gripping operation and the bending or pinching operation.
  • Such conventional robot finger will can be divided into four categories.
  • LARM robot finger at Cassino University in Italy which performs the same operation as Didrick medical's X-finger and X-finger, developed and commercially available.
  • Didrick Medical's X-finger developed an artificial finger consisting of four-section links that operate using the joints and nodes of the fractured bone, which remain after cutting the finger, rather than an external actuator. Similar finger mechanisms have been developed.
  • an object-adaptive finger mechanism based on the LARM finger mechanism previously developed at the University of Cassino in Italy.
  • This object-adaptive finger mechanism applies a spring and crank slider to the LARM finger mechanism.
  • the robot finger mechanism of Tsinghua University of China uses a new method of bending the finger joint when an object exerts contact and external force on the bottom of the finger by applying a spring and a slide link.
  • this traditional object-adaptive finger mechanism cannot bend or squeeze the actual human finger, so it only has meaning as a gripper, the end device of the manipulator.
  • the object-adaptive finger mechanism and the robot will have a problem that is different from the actual human finger operation since the artificial finger is not bent without contact with the object.
  • the University of Italino Cassino added one more link to the LARM finger mechanism based on the section 4 link, changing it to section 5 and linking the link between the two links.
  • the spring By connecting the spring to the bend and swivel motion, it is operated in the form of four-section link, and when the object is in contact, the actuator is continuously operated to increase the angle between the two links where the spring is connected.
  • a method of rotating is proposed.
  • Korean Patent Publication No. 10-2011-003285 name of the invention: finger rehabilitation exercise device, Release date: March 30, 2011.
  • An object of the present invention is the object shape adaptive robot finger will that can perform the gripping operation for gripping various shapes of the object as well as the pinch operation of the bent and jab by using the fractured portion of the finger remaining without a separate actuator To provide.
  • one technical problem to be solved by the present invention is to provide a robot driving mechanism and a robot driving method capable of bending, shaping and gripping operation.
  • Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a robot driving mechanism and a robot driving method that operates by insufficient driving.
  • Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a robot driving mechanism and a robot driving method capable of stably holding an object of various shapes by adapting to the shape of the object.
  • the object is, according to an embodiment of the present invention, the bone body to be worn on the site of the fractured fractured finger; A fracture bone body connected to the fracture bone body to serve as a fracture bone of the cut finger; A bone fracture body which is connected to the middle bone body and serves as a bone fracture portion of the cut finger; A first pubic bone link disposed below the pubic bone body; A second proximal bone link jointly connected with the first proximal bone link at an upper side of the proximal bone body; And a bone bone elastic member provided in a joint between the first bone bone link and the second bone bone link to provide an elastic force. It may include.
  • an angle between the first fractured bone link and the second fractured bone link may increase.
  • the second fractured bone link exerts a force on the fractured body and the fractured body and the fractured body are folded inwardly. Can be.
  • the angle between the first bone fracture link and the second bone fracture link may be fixed by the bone fracture elastic member.
  • At least one of the first and second fractured links is provided with a mechanical angle limiting element for limiting the angle between the first and second fractured links.
  • the angle between the first bone and the second bone can be fixed to the angle that the mechanical angle limiting element has by the spring bone elastic member.
  • a first medial bone link disposed below the medial bone body and having one end jointed with the medial bone body;
  • a second osteotomy link one end of which is jointly connected with the other end of the first osteotomy link and the other end of the first osteotomy link;
  • a third middle bone link disposed on an upper side of the middle fracture body and interconnecting the fractured body and the end fracture body;
  • a medial bone elastic member provided in a joint between the first medial bone link and the second medial bone link to provide an elastic force.
  • an angle between the first osteotomy link and the second osteotomy link may increase as the first metacarpal link is pressed in contact with the object.
  • the second fracture bone is applied to the fracture bone body by pressing the first fracture bone in contact with the object so that the fracture bone body may be folded inwardly.
  • the angle between the first and second metacarpal links may be fixed by the metacarpal elastic member during a bending or squeezing operation that is performed while the object is not in contact.
  • any one of the first and second metacarpal links is provided with a mechanical angle limiting element for limiting the angle between the first and second cartilage links.
  • the angle between the first and the second osteotomy link can be fixed to the angle that the mechanical angle limiting element has by the osteotomy elastic member.
  • the palm fixing part may be further fixed to the palm of the user, and the palm fixing part may be jointly connected to each of the fractured bone body and the first fractured bone link.
  • connection bracket for jointly connecting the palm fixing part and the fractured bone body or the first fractured bone link, wherein the palm fixation portion is formed around the fractured bone body or the first fractured bone link by the connection bracket. It can be rotated to civil and abduction.
  • the object in the will of the robot to use the power of the fractured bone to be worn on the fractured portion of the cut finger, based on the five-section link structure, the object is The four-section link involved in the bending or squeezing operation in the non-contacted state and the four-section link involved in the gripping operation of the object in the contacted state are formed differently, and the two movements are performed simultaneously or independently. Can be made.
  • a joint elastic member and a mechanical angle limiting element may be provided between the first link coming into contact with the object and the second link jointed with the first link in the section 5 link structure.
  • an angle between the first link and the second link is increased by an external force generated when the first link contacts the object, and during the bending or bending operation, the first link and the first link
  • An angle between the second links may be fixed by the elastic member at an angle that the mechanical angle limiting element has.
  • the object shape-adaptive robot finger will of the present invention can not only bend or squeeze using only the stunned portion of the user whose part of the finger is cut, but also the robot will touches the object by adapting to various shapes of the object. As the area is increased, the gripping operation can be performed more stably.
  • the driving force is provided through an actuator (actuator), the first input link and the movement of the first input link including a first elastic portion whose length is controlled according to the gripping object
  • a second input link including a first link part including a first gripping link to rotate according to the first gripping link, and a second elastic part simultaneously receiving a driving force through the actuator and having a length controlled according to the gripping of the object
  • a second link part including a second gripping link that rotates according to the movement of the second input link to hold the object, a third input link simultaneously provided with a driving force through the actuator M, and having a predetermined length.
  • a third link unit including a third gripping link that rotates according to the movement of the third input link to hold the object.
  • the first, second, third input link may be provided with a driving force through the actuator (M).
  • the first, second and third input links can be driven by a single actuator M.
  • the first input link and the second input link may be configured to vary in length by an elastic part. Accordingly, when a driving force is continuously provided to the first input link through the actuator M while the first gripping link of the first link part grips an object, the first elastic part contracts, and the When the driving force is continuously provided to the second input link through the actuator M while the second gripping link of the second link part grips the object, the second elastic part may contract.
  • the second gripping link of the second link part rotates so that the second gripping link grips the object even when the first elastic part contracts
  • the third gripping link of the third link part includes: Even when the first and second elastic portions contract, the third gripping link can rotate to grip the object.
  • the robot driving mechanism and the robot driving method according to an embodiment of the present invention can stably grip an object by adapting to the shape of various objects.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of an object shape adaptive robot finger will according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of the object shape adaptive robot finger will shown in FIG.
  • FIG. 3 is a view showing a state in which the object shape adaptive robot finger will shown in FIG. 1 is seen from below.
  • FIG. 3 is a view showing a state in which the object shape adaptive robot finger will shown in FIG. 1 is seen from below.
  • FIG. 4 is a view showing a state from above the object shape adaptive robot finger will shown in FIG.
  • FIG. 5 is a view schematically illustrating a bending and pinching mechanism of the object shape adaptive robot finger will shown in FIG. 1.
  • FIG. 6 is a view for explaining a bending or jaw motion according to the bending and jaw motion mechanism of the object shape-adaptive robot finger will shown in FIG. 5.
  • FIG. 7 is a view schematically showing a gripping operation mechanism of the object shape adaptive robot finger will shown in FIG. 1.
  • FIG. 8 is a view for explaining a gripping action by the gripping action mechanism of the object shape adaptive robot finger will shown in FIG. 7.
  • FIG 9 is a view for explaining a link (link) of the robot drive mechanism according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a sectional view and a perspective view of a robot driving mechanism according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is an exploded perspective view of the robot driving mechanism according to the first embodiment of the present invention.
  • 14 to 16 are views for explaining a grip operation of the robot drive mechanism according to the first embodiment of the present invention.
  • 20 is a flowchart illustrating a robot driving method according to the first embodiment of the present invention.
  • 21 is a view for explaining the joint of the robot drive mechanism according to the second embodiment of the present invention.
  • 22 is a view for explaining a robot driving method according to a second embodiment of the present invention.
  • Embodiments of the present invention specifically illustrate ideal embodiments of the present invention. As a result, various modifications of the drawings are expected. Thus, the embodiment is not limited to the specific form of the illustrated region, but includes, for example, modification of the form by manufacture.
  • 'robot finger' an object shape adaptive robot finger
  • 'robot finger' an object shape adaptive robot finger
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of an object shape adaptive robot finger will according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view of the object shape adaptive robot finger will shown in FIG. 1
  • FIG. 3 is an object shape shown in FIG.
  • FIG. 4 is a view showing the appearance of the adaptive robot finger will from below
  • FIG. 4 is a view showing the appearance of the object shape adaptive robot finger will shown in FIG. 1 from above.
  • the robot finger will 100 is connected to the fractured bone body 110, the fractured bone body 110 worn on the fractured portion of the finger Of the osteotomy body 120, which serves as the medial bone of the finger, and the osteotomy body 130, which is connected to the medial bone body 120, plays the role of the osteotomy site of the finger
  • the first fractured bone link 112 disposed below, the second fractured bone link 114 disposed on the upper side of the fractured bone body 120, the first fractured bone link 112 and the second fractured bone link 114. It includes a fracture bone elastic member 116 provided between.
  • Robot finger will 100 is for a user having a finger in which the middle fracture and the end fracture portion of the finger is cut so that only the fractured portion remains. In other words, it is a robot will for a user whose finger is not cut completely and where the fractured bone site remains.
  • the fractured part of the finger must be fixed or supported by the fractured bone body 110 to provide power to the robot finger will 100, only the finger cutting user whose sufficient fractured part remains remains is the robot finger will (100). ) Can be used.
  • the robot finger will 100 is worn on the fractured portion of the cut finger to use the fractured portion as a power.
  • the robot finger will 100 is based on the structure of the 5-bar link, but the 4-bar link involved in bending or squeezing motion that is performed while the object M is not in contact. ) And the gripping action for picking up an object in contact with the object can operate simultaneously or independently, and the four-section links involved in these two actions are formed differently. That is, the robot finger will 100 independently of each other due to the difference between the link (link inputting power) involved in bending or pinching motion and the link (link receiving external force) involved in gripping motion for picking up an object. It works.
  • the first link 112 and 122 and the second link 114 (jointly connected to the first link 112 and 122) to be in contact with the object (
  • the joint between 124 is provided with elastic members 116 and 126 and mechanical angle limiting elements. That is, the first link 112 and 122 and the second link 114 are caused by an external force generated when the first link 112 and 122 are in contact with the object during the grip operation of the object using the robot finger will 100.
  • 124 increases, the angle between the first link 112, 122 and the second link 114, 124 during the bending or pinching operation of the robot finger will 100 is the elastic member 116 126 is fixed to the angle that the mechanical angle restrictor has.
  • the first link may be provided as any one of the first fracture bone 112 or the first fracture bone 122 to be described later, and the second link may be the second fracture bone to be described later. It may be provided as either one of the 114 or the second fracture bone 124.
  • the robot finger will 100 according to an embodiment of the present invention for implementing the above-described content will be described in detail.
  • the fractured bone body 110 is worn on the fractured portion of the cut finger, and serves as the user's fractured portion.
  • the proximal bone body 110 refers to the proximal phalanx of the finger, that is, the first node of the finger.
  • the fractured bone body 110 is located in the remaining fractured bone of the user.
  • the fractured bone body 110 is formed in a cylindrical shape to stably fix or support the fractured portion of the user is located.
  • the bottom surface of the fractured bone body 110 formed in a cylindrical shape, that is, the portion where the bottom surface of the fractured bone portion of the user is located is provided in a flat shape. Accordingly, the user's fractured bones located in the fractured bone body 110 may be stably placed.
  • one end of the pelvis body 110 is provided in a '-' shape is connected to the joint with the palm fixing part 150 to be described later.
  • one end of the fractured bone body 110 and the palm fixing part 150 are connected using a pin.
  • the joint portion that is, the connection portion of the fractured bone body 110 and the palm fixing portion 150 means the first joint (MP Joint) of the finger.
  • the osteotomy body 110 is provided with a separate connection bracket 160 between the palm fixing part 150. That is, the pelvis body 110 is not directly connected to the palm fixing part 150, but is connected to the palm fixing part 150 via the connection bracket 160. The stunned bone body 110 and the connection bracket 160 are jointly connected, and the palm fixing part 150 is also jointly connected with the connection bracket 160. Accordingly, the osteotomy body 110 is capable of adduction and abduction around the palm fixing part 150.
  • the robot finger will 100 further includes a palm fixing part 150.
  • the palm fixing part 150 is fitted with the user's palm in which only the fractured portion of the finger remains.
  • the palm fixing part 150 has an inner circumferential surface formed in a curved surface, and the palm fitting portion is provided in a 'U' shape. Accordingly, the palm of the user is stably fitted to the palm fixing part 150 and fixed.
  • the palm fixing part 150 is connected to the fractured bone body 110 through the connection bracket 160. Palm fixing part 150 and the fractured bone body 110 are connected through the connection bracket 160, so that the palm fixed portion 150 is centered on the fractured bone body 110 or the first fractured bone link 112. Since the user can rotate in the left and right directions, the user can conveniently use the robot finger will 100.
  • the medullary body 120 is connected to the iliac bone body 110 to serve as the cut medullary part of the user.
  • the middle femur body 120 refers to the middle phalanx of the finger, that is, the second node of the finger.
  • the medullary body 120 has two members arranged side by side, and the two members arranged side by side are connected through a separate member.
  • the fracture bone body 120 is connected to both ends of the fracture bone body 110, and the fracture bone body 120 and the fracture bone body 110 are jointly connected. That is, the fracture bone body 120 and the fractured bone body 110 are connected using a pin. In this way, the connection portion of the connected middle frustrated body 120 and the fractured bone body 110 means the second joint (PIP Joint) of the finger.
  • the auxiliary bracket 140 is provided between the intermediate bone body 120 and the fractured bone body 110. That is, the medullary body 120 is not directly connected to the iliac bone body 110, but is connected to the iliac bone body 110 through the auxiliary bracket 140.
  • the auxiliary bracket 140 is formed in the shape of a triangle. In other words, the auxiliary bracket 140 has two members arranged side by side in a triangle shape, and the two members arranged side by side are connected through separate members. Holes are formed at each corner of the auxiliary bracket 140 provided in the form of a triangle, and the intermediate bone body 120 and the fractured bone body 110 are jointly connected through the holes of the auxiliary bracket 140.
  • the first osteotomy link 122 and the third osteotomy link 128, which will be described later, as well as the osteotomy body 110 and the medial bone body 120, are formed in the holes through the pins.
  • the joint is connected.
  • the end osteotomy body 130 is connected to the middle osteotomy body 120 and serves as the end osteotomy site of the cut finger.
  • the end fracture body 130 refers to a distal phalanx of a finger, that is, the last node of the finger, and is a site where a fingernail is formed, that is, a grip operation for picking up an object.
  • the end osteotomy body 130 is connected to the medullary body 120, the second medullary link 124 to be described later.
  • the end osteotomy body 130 is jointly connected using the pins with the medial bone body 120 and the second medial bone link 124.
  • the connecting portion of the connected end osteotomy body 130 and the middle osteotomy body 120 refers to the third joint (DIP Joint) of the finger.
  • the upper end 131 of the end fracture body 130 is provided with an artificial nail having the same shape as the nail formed on the human finger. Artificial nails provided on the upper end 131 of the end osteotomy body 130 is formed so that a portion protrudes from the end osteotomy body 130.
  • a pad 133 may be provided at the lower end 132 of the end osteotomy body 130.
  • the pad 133 formed on the lower end 132 of the osteotomy body 130 replaces the bottom surface of the finger. Accordingly, the pad 133 formed on the lower end 132 of the end fracture body 130 should be made of a soft material such as silicon material. If the pad 133 is made of a hard material or the same material as the end fracture body 130, it is difficult to stably hold the object and may damage the outer surface of the object.
  • the first fractured bone link 112 is disposed below the fractured bone body 110.
  • the first bone fracture 112 is a member corresponding to the palm of the user.
  • the first stunned bone link 112 is provided in a 'c' shape of one side is opened.
  • One end of the first fractured bone link 112 formed in an open shape on one side is connected to the palm fixing part 150 and the other end is connected to the second fractured bone link 114.
  • the first fractured bone link 112 supports the fractured bone body 110.
  • the connection bracket 160 is provided between the first stunned bone link 112 and the palm fixing part 150.
  • the first pubic bone link 112 is connected to the palm fixing part 150 via the connection bracket 160. Accordingly, the first stunned bone link 112 is able to rotate in the upper and lower directions about the palm fixing part 150, so that the robot finger will 100 can be conveniently used.
  • the second fractured bone link 114 is jointly connected to the first fractured bone link 112 at an upper side of the fractured bone body 110.
  • the second fractured bone link 114 is located at one side of the fractured bone body 110, that is, the opposite side of the palm fixing part 150 connected to the fractured bone body 110, and the first fractured bone link 112 is provided. Both ends of the joint are connected using pins.
  • the first stunned bone link 112 is pressed in contact with the object and thus the first stunned bone link 112. And the angle between the second pubic bone link 114 is increased.
  • the second fractured link 114 applies the force to the fractured bone body 120 so that the fractured bone body 120 and the fractured bone body 130 are ) Is folded inward.
  • the object is not in contact with the robot finger will 100, the bending or pinching operation of the robot finger will 100, the angle between the first bone fracture 112 and the second bone fracture 114 It is fixed by the pelvis elastic member 116.
  • the osteotomy elastic member 116 is provided in the joint between the first osteotomy link 112 and the second osteotomy link 114 to provide an elastic force.
  • the angle between the first bone fracture 112 and the second bone fracture 114 is equal to the bone fracture.
  • the elastic member 116 is increased beyond the elastic force range it has. That is, the first fractured bone link 112 and the second fractured bone link 114 of the robot finger will 100 can adapt to the envelope of the object to stably hold the object.
  • the first fractured link 112 and the second fractured link 114 are adapted to the envelope of the object, the first fractured link 112 is pressed.
  • the second fractured bone link 114 exerts a force on the fractured bone body 120 to fold both the fractured bone body 120 and the fractured bone body 130 inwardly. Will be hit. Therefore, when the robot finger will 100 grips the object, the first fracture bone 112 and the second fracture bone 114, as well as the intermediate fracture body 120 and the fracture bone body 130 are also objects. It adapts to the envelope of and grips the object safely.
  • the robot finger will 100 may perform the bending or bending operation not in contact with the object.
  • the angle between the first fracture bone 112 and the second fracture bone 114 is fixed. Because, between the first bone fracture link 112 and the second bone fracture link 114, the bone fracture elastic member 116 is disposed, thereby the first bone fracture link 112 and the second bone fracture link 114 The angle between the) increases only to the allowable elastic force range of the stunned bone elastic member 116.
  • the bending or squeezing operation is an operation that the robot finger will 100 can perform without contacting an object, so that no external force is applied to the first and second fractured bone links 112 and 114. .
  • the angle between the first iliac bone link 112 and the second iliac bone link 114 is fixed without increasing.
  • the mechanical angle limiting element according to the exemplary embodiment of the present invention is formed at the connection portions of the first fractured bone link 112 and the second fractured bone link 114, respectively.
  • the angle between the first fractured bone link 112 and the second fractured bone link 114 is mechanically angled by the fractured elastic member 116. It is fixed at the angle the limiting element has
  • the fractured elastic member 116 is a joint between the first fractured link 112 and the second fractured link 114, that is, the first fractured link 112 and the second fractured link ( 114 is provided in pairs at both ends of the connection portion.
  • the stunned bone elastic member 116 is provided in the form of a torsion spring rather than provided in the form of a general spring to increase or fix the angle between the first stunned bone link 112 and the second stunned bone link 114. Can be.
  • the first metacarpal link 122 is disposed below the metacarpal body 120, and one end thereof is jointly connected to the proximal bone body 110.
  • the first intermediate bone link 122 is positioned between the intermediate bone body 120, one end of which is jointly connected to the auxiliary bracket 140, and the other end of which is jointly connected to the second middle bone link 124.
  • the first medullary link 122 is a member corresponding to the palm of the user, and assists the joint, that is, the joint operation between the iliac bone body 110 and the end osteotomy body 130.
  • one end portion of the second middle bone link 124 is jointly connected to the other end of the first middle bone link 112 and the other end is jointly connected to the end fracture body 130.
  • one end of the second medullary link 124 is jointly connected with the first medullary link 122, and the other end is jointly connected with the end osteotomy body 130.
  • the first femur link 122 when the gripping operation of the object using the robot finger will 100 according to an embodiment of the present invention, as the first femur link 122 is pressed in contact with the object, the first femur link 122 And the angle between the second fracture bone link 124 increases.
  • the second fracture bone 124 exerts a force on the fracture bone body 130 so that the fracture fracture body 130 is folded inward.
  • the angle between the first metacarpal link 122 and the second metacarpal link 124 is It is fixed by the femur elastic member 126.
  • the osteotomy elastic member 126 is provided in a joint between the first osteotomy link 122 and the second osteotomy link 124 to provide an elastic force.
  • the robot finger when the robot finger will 100 performs the gripping operation to pick up an object, the robot finger will 100 is applied to an external force on the first metacarpal link 122 and the second metacarpal link 124.
  • the angle between the first medullary link 122 and the second medullary link 124 is increased beyond the elastic force range of the medullary elastic member 126. That is, the first intermediate bone link 122 and the second intermediate bone link 124 of the robot finger will 100 can adapt to the envelope of the object to stably hold the object.
  • the first metacarpal link 122 and the second metacarpal link 124 are adapted to the envelope of the object, the first metacarpal link 122 is depressed.
  • the second medial bone link 124 exerts a force on the medial bone body 130 such that the medial bone body 130 is folded inward. Therefore, when the robot finger will 100 grips the object, the first metacarpal link 122, the second metacarpal link 124, and the end osteotomy body 130 adapt to the envelope of the object to safely secure the object. Will be gripped.
  • the robot finger will 100 may perform the bending ⁇ operation that is not in contact with the object.
  • the angle between the first osteotomy link 122 and the second osteotomy link 124 is fixed. This is because the mid-elastic elastic member 126 is disposed between the first intermediate bone link 122 and the second intermediate bone link 124, and thus, the first intermediate bone link 122 and the second intermediate bone link 124 are disposed. The angle between the) will be increased only to the allowable elastic force range of the femur elastic member 126.
  • the bending or squeezing operation is an operation that the robot finger will 100 can perform without contacting an object, so that no external force is applied to the first and second metacarpal links 122 and 124. . That is, since the external force is not applied to the medial bone elastic member 126, the angle between the first medial bone link 122 and the second medial bone link 124 is fixed without increasing. In addition, the mechanical angle for limiting the angle between the first osteotomy link 122 and the second metacarpal link 124 on any one of the first osteotomy link 122 and the second osteotomy link 114. Restrictions are in place.
  • the mechanical angle limiting element is formed in the connection portion of the first metacarpal link 122 and the second metacarpal link 124, respectively. Accordingly, when the robot finger will 100 is bent or deflected, the angle between the first fracture bone 122 and the second fracture bone 124 is mechanically angled by the fracture bone elastic member 126. It is fixed at the angle the limiting element has
  • the femur elastic member 126 is provided in the form of a torsion spring (Torsion Spring), rather than in the form of a general spring like the above-described sulcus bone elastic member 116 first 122 )
  • the second intermediate bone link 124 may be increased or fixed.
  • a third osteotomy link 128 disposed on the upper side of the osteotomy body 120 and interconnecting the osteotomy body 110 and the osteotomy body 130 is further formed.
  • the third middle bone link 128 is disposed above the middle bone body 120 to connect the fractured body 110 and the end fracture body 130.
  • one end of the third intermediate bone link 128 is jointly connected to the auxiliary bracket 140 and the other end is jointly connected to the end osteotomy body 130.
  • the third third bone link 128 connected in this way assists the movement of the second joint (MP Joint) and the third joint (DIP Joint) of the finger.
  • the object shape-adaptive robot finger will 100 may not only bend or squeeze using the stun portion of the user whose part of the finger is cut, but also the robot.
  • the finger will 100 adapts to the object M of various shapes, the area in contact with the object M is increased, and thus the gripping will be more stably performed.
  • FIG. 5 is a view schematically illustrating a bending and pinching mechanism of the object-shaped adaptive robot finger will shown in FIG. 1
  • FIG. 6 is a view illustrating a bending and pinching operation mechanism of the object shape-adaptive robot finger will shown in FIG. 5.
  • Figure 7 is a view for explaining the bending or pinching operation
  • Figure 7 is a simplified view showing the gripping action mechanism of the object shape adaptive robot finger will shown in Figure 1
  • Figure 8 is an object shape adaptive robot finger will shown in Figure 7 A diagram for describing a gripping operation according to a gripping operation mechanism of FIG.
  • the robot finger will 100 according to an embodiment of the present invention performs two operations of the fingers, that is, bending or squeezing of the finger and a gripping operation for gripping an object. can do.
  • the robot finger will 100 is worn on the cut bone portion of the cut finger to use the cut bone portion as a power.
  • the robot finger will 100 is based on a five-section link structure, but the robot finger will 100 is involved in the bending or pinching motion that is performed in a state in which the object M is not in contact with the robot finger will 100. Is different from the operation of a link that is involved in the gripping operation of the object M, which is performed in a state where the contact with the object M occurs.
  • the robot finger will 100 is based on the operation of a 5-bar link.
  • the femur body 110, the femur body 120, the end fracture body 130, the first fracture bone 112, the second fracture bone 114, the first fracture bone 122 and the second metacarpal link 124 are involved.
  • the first fracture bone 112 and the first fracture bone 122 are members corresponding to the palms of the fingers, which are the direct contact with the object M.
  • FIG. At this time, each of the joint portions (Joint) of each of the first fracture bone link 112 and the first fracture bone link 122, the second fracture bone link 114, the fracture bone elastic member 116 and the second fracture bone link ( 124 and the femur elastic member 126 is provided.
  • the first joint of the finger (MP Joint) is a fixed portion and refers to the connection between the palm fixing portion 150 and the fractured bone body 110.
  • the second joint (PIP Joint) of the finger refers to the connection between the femur body 110 and the medial bone body 120
  • the third joint (DIP Joint) of the finger is the medial bone body 120
  • the first osteotomy link 112 and the first osteotomy link 122 due to the bone elastic member 116, the osteotomy elastic member 126, the second osteotomy link 114, and the second osteotomy link 124. ) Is fixed.
  • a virtual link is formed between the palm fixing part 150 and the fractured bone body 110 and between the fractured bone body 110 and the fractured bone body 120.
  • the virtual link also has a fixed constant value, so that the robot finger will 100 has a 4-bar link.
  • the fixation of the first osteoporosis link 112 means that the angle between the first osteopathic link 112 and the second osteopathic link 114 is determined by the osteopathic elastic member 116 and the mechanical angle limiting element. It is limited, and the second proximal bone link 122 is fixed to the angle of the mechanical angle limiting element by the femur elastic member 126 has a first femur link 122 and the second femur link ( 124) the angle between them is limited.
  • the bone fracture elastic member 116 and the mechanical angle provided between the first bone fracture 112 and the second bone fracture 114 are mechanically angled. Due to the limiting elements, the connection between the pelvis body 110 and the medullary body 120, that is, the second joint (PIP Joint), is folded. In addition, the osteotomy body 120 and the osteotomy body 130 by the intermediate osteotomy elastic member 126 and the mechanical angle limiting element provided between the first intermediate bone link 122 and the second intermediate bone link 124 The joint of ie, the third joint (DIP Joint) is folded. Accordingly, the robot finger will 100 can perform the bending operation like a normal finger.
  • the angle between the first fracture bone 112 and the first fracture bone 122 is widened, whereby the virtual link ( Virtual link) is formed.
  • the formed virtual link also becomes long, which causes the first joint and the third joint of the finger.
  • the (DIP Joint) is rotated to adapt to the envelope of the object (M).
  • the opening of the angle of the first fractured bone link 112 means that the external fracture is applied to the fractured elastic member 116 between the first fractured bone 112 and the second fractured bone link 114 so that the first fractured bone
  • the angle between the link 112 and the second fractured bone link 114 is widened, and that the angle of the first fractured bone link 122 is widened is that the first fractured link 122 and the second fractured bone link (
  • the external force is applied to the intermediate bone elastic member 126 between the 124 between the first intermediate bone link 122 and the second intermediate bone link 124 is opened.
  • the robot finger will 100 performs a 4-bar link operation until it contacts the object M.
  • FIG. When the robot finger will 100 performs a gripping operation for picking up an object, as shown in cd of FIG. 8, the first bone fracture 112 and the second bone fracture 122 are the object M.
  • FIG. It is pressed in contact with. Then, an external force is applied to the first fracture bone 112 and the first fracture bone 122, thereby increasing the angle between the first fracture bone 112 and the second fracture bone 114, The angle between the first metacarpal link 122 and the second metacarpal link 124 increases.
  • the second fractured bone link 114 exerts a force on the fractured bone body 120 so that the fractured bone body 120 is folded inward. do.
  • the second medullary link 124 exerts a force on the end osteotomy body 130 so that the end osteotomy body 130 is folded inward.
  • the folding operation of the end osteotomy body 130 is facilitated by the third intermediate bone link 128 connected to the second intermediate bone link 124. Therefore, the area of the contact portion of the robot finger will 100 is increased in accordance with the shape of the object M, so that the object M can be stably gripped.
  • FIG 9 is a view for explaining a link (link) of the robot driving mechanism according to the first embodiment of the present invention
  • Figure 10 is a cross-sectional view and a perspective view of the robot driving mechanism according to the first embodiment of the present invention
  • 11 is an exploded perspective view of the robot driving mechanism according to the first embodiment of the present invention.
  • the robot driving mechanism 1000 includes a first link part 1100, a second link part 1200, and a third link part 1300. can do.
  • the first link unit 1100, the second link unit 1200, and the third link unit 1300 may be stacked on each other, and the driving force is provided at the node A through an actuator M. , Bending, wetting, and gripping operations can be performed.
  • each configuration will be described in detail.
  • the first link unit 1100 may receive a driving force F through an actuator M and may include a first input link 1110 whose length is controlled according to an object grip. At this time, one end of the first link unit 1100 may be connected to the actuator (M) and the connector (C).
  • the first input link 1110 may receive the driving force F from the actuator M through the node A.
  • the first input link 1110 may transfer the driving force F provided from the node A to the node C1 by moving from the actuator M in the x-axis direction by the driving force F.
  • FIG. Accordingly, the gripping link, which will be described later, may rotate to grip the object.
  • the first input link 1110 may have a variable length.
  • the first input link 1110 may include a first elastic portion 1112 on one side of the first input link 1110.
  • the first elastic portion 1112 contracts, so that the length of the first input link 1110 may be shortened.
  • the first elastic portion 1112 is contracted, when the driving force from the actuator M is removed, the first elastic portion 1112 is restored, so that the length of the first input link 1110 may be longer. Can be.
  • the length of the first input link 1110 may be controlled by the contraction and restoration of the first elastic portion 1112. A detailed function of the first elastic part 1112 will be described later.
  • the first link unit 1110 may include a first side link 1132, a first upper side link 1134, and a first gripping link 1142. That is, the first side link 1132, the first upper side link 1134, and the first gripping link 1142 may be configured as three-section links that form a triangle, and may be referred to as a first output link.
  • the first side link 1132 may refer to a link connecting the B node and the C1 'node.
  • the first side link 1132 may receive the driving force F from the actuator M through the C1 node. That is, when the first input link 1110 pushes the C1 node in the X axis direction, the first side link 1132 rotates clockwise, thereby driving the driving force F to the first upper link 1134. I can deliver it.
  • the first upper link 1134 may refer to a link connecting the C1 'node and the D node.
  • the first upper side link 1134 may receive the driving force F from the first side side link 1132 and transmit the driving force F to the first gripping link 1142.
  • the first gripping link 1142 may mean a link connecting the B node and the B node. That is, the node of the first gripping link 1142 may be shared with one node of each of the first side link 1132 and the first upper side link 1134.
  • the first gripping link 1142 may rotate ( ⁇ 1) in a clockwise direction about the B node by the driving force F transmitted from the first upper side link 1134. Accordingly, the first gripping link 1142 may rotate to grip an object positioned below the first gripping link 1142. If the driving force F is removed, the first gripping link 1142 may be restored in the counterclockwise direction.
  • the second link unit 1200 may be provided with a driving force F through an actuator M, and may include a second input link 1210 whose length is controlled according to an object grip. One end of the second link unit 1200 may be connected to the actuator M with the connector C as a medium.
  • the second input link 1210 may receive the driving force F from the actuator M through the node A.
  • the second input link 1210 may transfer the driving force F provided from the node A to the node C2 by moving from the actuator M in the x-axis direction by the driving force F.
  • FIG. Accordingly, the gripping link, which will be described later, may rotate to grip the object.
  • the second input link 1210 may have a variable length.
  • the second input link 1210 may include a first elastic portion 1212 on one side of the first input link 1210.
  • the second elastic portion 1212 contracts, so that the length of the second input link 1210 may be shortened.
  • the second elastic part 1212 is contracted, when the driving force from the actuator M is removed, the second elastic part 1212 is restored, so that the length of the second input link 1210 may be longer. Can be.
  • the length of the second input link 1210 may be controlled by contraction and restoration of the second elastic portion 1212.
  • the second elastic part 1212 of the second input link 1210 may be longer than the first elastic part 1112 of the first input link 1110.
  • the function of the second elastic portion 1212 will be described later.
  • the second input link 1210 may receive the driving force F from the same actuator M as the actuator M that provides the driving force F to the first input link 1110. Can be. That is, the first and second input links 1110 and 1210 may simultaneously receive the driving force F from a single actuator M.
  • the second link unit 1200 may include a second transmission link unit and a second output link unit.
  • the second transmission link unit includes a 2-1 side link 1232, a 2-1 upper link 1234, a 2-2 side link 1236, a 2-2 upper side link 1238, and a second key.
  • the three side links 1240 and the second lower link 1242 may be included.
  • the 2-1th side link 1232 is a link connecting the B node and the C2 'node
  • the 2-1 upper side link 1234 is a link connecting the C2' node and the E2 node
  • the second side link 1236 is a link connecting the E2 'node and the D' node
  • the second-2 upper side link 1238 is a link connecting the E2 'node and the F2 node
  • the second-3 side link is a link connecting the F2 node and the D node
  • Reference numeral 1240 is a link connecting the F2 node and the D node
  • the second lower link 1242 may mean a link connecting the B node and the D node.
  • the -3 side link 1240 and the second lower link 1242 may constitute a two-stage four-section link.
  • the driving force F from the actuator M may be transmitted to the node C2 of the 2-1 side link 1232 through the second input link 1210.
  • the driving force F is the 2-1 upper side link 1234, the 2-2 side link 1236, and the second side. It may be transferred to the second lower side link 1242 via the -2 upper side link 1238 and the 2-3th side link 1240. Accordingly, the second lower side link 1242 may rotate ⁇ 1 in the clockwise direction. As a result, the second lower side link 1242 may rotate to grip an object positioned below the second lower side link 1242. If the driving force F is removed, the second lower side link 1242 may be restored in the counterclockwise direction.
  • the second link unit 1200 may further include a second output link unit in the + X axis direction of the second transmission link unit.
  • the second output link unit may include a 2-3 upper side link 1244 and a second gripping link 1246.
  • the 2-3-3 upper side link 1244 may mean a link connecting the F2 node and the G node.
  • the 2-3rd upper side link 1244 may receive the driving force F from the 2-3rd side link 1240 and transmit the driving force F to the second gripping link 1246.
  • the second gripping link 1246 may mean a link connecting the D node and the G node. That is, the node of the second gripping link 1246 may be shared with one node of each of the 2-3rd side link 1240 and the 2-3rd top link 1244.
  • the second gripping link 1246 is rotated in a clockwise direction about the D node by the driving force F transmitted from the second transmission link part, more specifically, the 2-3rd side link 1240 ( ⁇ 2). can do. Accordingly, the second gripping link 1246 may rotate to grip an object located below the second gripping link 1246. If the driving force F is removed, the second gripping link 1246 may restore the counterclockwise direction.
  • the first gripping link 1142 and the second lower link 1242 are rotated together at the same angle ⁇ 1 with respect to the B node to hold an object, and the second gripping link ( 1246 may grasp an object by rotating ⁇ 2 about the D node.
  • the angle of rotation about the X axis may have a relationship of ⁇ 2 ⁇ ⁇ 1.
  • the third link unit 1300 may receive the driving force F through the actuator M and may include a third input link 1310 having a constant length. One end of the third link unit 1300 may be connected to the actuator M via the connector C. That is, the driving force F from the actuator M can be simultaneously transmitted to the first to third link units 1100, 1200, and 1300 via the connector C (see FIG. 10 (b)). ).
  • the third input link 1310 may receive the driving force F from the actuator M through the node A.
  • the third input link 1310 may transfer the driving force F provided from the node A to the node C3 by moving from the actuator M in the x-axis direction by the driving force F.
  • FIG. Accordingly, the gripping link, which will be described later, may rotate to grip the object.
  • the third input link 1310 may have a constant length. That is, unlike the first and second input links 1110 and 1210 described above, the length may be constant. Since the length of the third input link 1310 is constant, the gripping link of the third link unit 1300 may grip the object with a stronger force.
  • the third input link 1310 is from the same actuator (M) as the actuator (M) for providing a driving force (F) to the first input link 1110 and the second input link (1210).
  • the driving force F may be provided together. That is, the first to third input links 1110, 1210, and 1310 may simultaneously receive the driving force F from a single actuator M.
  • the third link unit 1300 may include a third transmission link unit and a third output link unit.
  • the third transmission link portion may include a third front end transmission link portion and a third rear end transmission link portion.
  • the third shear transmission link unit includes a 3-1 side link 1332, a 3-1 top side link 1334, a 3-2 side link 1336, a 3-2 top side link 1338, and a third It may include a -3 side link (1340), the 3-1 lower side link (1342).
  • the 3-1 side link 1332 is a link connecting the B node and the C2 'node
  • the 3-1 top side link 1234 is a link connecting the C2' node and the E2 node
  • the second side link 1336 is a link connecting the node E2 'and the node D'
  • the third-second side link 1338 is a link connecting the node E2 'and the node F2, and the third-3 side link.
  • Reference numeral 1340 is a link connecting the F2 node and the D node
  • the 3-1 lower side link 1242 may mean a link connecting the B node and the D node.
  • the -3 side link 1340 and the 3-1 lower side link 1342 may constitute a two-stage four-section link.
  • the driving force F When the driving force F is supplied from the actuator M to the node C3 of the 3-1st side link 1332 via the third input link 1310, the driving force F is the 3-1 upper side link ( 1334, the 3-2 side link 1336, the 3-2 side link 1338, and the 3-3 side link 1340 to be transferred to the 3-1 bottom link 1342.
  • the 3-1 th lower link 1342 may rotate ( ⁇ 1) in a clockwise direction.
  • the 3-1 lower side link 1342 may rotate to grip an object located below the 3-1 lower side link 1342. If the driving force F is removed, the 3-1 th lower link 1242 may restore the counterclockwise direction.
  • the third link unit 1200 may further include a third rear transfer link unit in the + X axis direction of the third front transfer link unit.
  • the third rear end transmission link unit may include the third-3 side link 1340, the third-3 top link 1344, the third-4 side link 1345, and the third-2 side link 1346. Can be.
  • the third-3 side link 1340 is a link connecting the D node and the F3 'node
  • the third-3 upper side link 1344 is a link connecting the F3' and H3 nodes.
  • the 3-4 side link 1345 may be a node connecting the H3 node and the G node
  • the 3-2 lower side link 1346 may mean a node connecting the B node and the G node.
  • the third side links 1340, the third side links 1344, the third side links 1345, and the third side links 1346 are one-stage four. You can configure clause links.
  • the driving force transmitted to the third sidewall link may be transmitted to the third lower side link 1346 through the third upper side link 1344 and the third sidewall link 1345. have. Accordingly, the third-2 lower side link 1346 may rotate ⁇ 2 in a clockwise direction.
  • the 3-2 lower side link 1346 may grip an object located below the 3-2 lower side link 1346. If the driving force F is removed, the third-second lower link 1346 may be restored in the counterclockwise direction.
  • the third link unit 1300 may include a third output link unit in the + X axis direction of the third rear transfer link unit.
  • the third output link unit may include a 3-4 upper side link 1348 and a third gripping link 1350.
  • the 3-4 upper side link 1348 may mean a link connecting the H3 node and the I node.
  • the 3-4 upper side link 1348 may receive the driving force F from the 3-4 sidewall link 1345 and transmit the driving force F to the third gripping link 1350.
  • the third gripping link 1350 may mean a link connecting the G node and the I node. That is, the node of the third gripping link 1350 may be shared with one node of each of the third to fourth side links 1345 and the third to four upper links 1348.
  • the third gripping link 1350 is rotated in the clockwise direction about the G node by the driving force F transmitted from the third transmission link part, more specifically, the 3-4 sidewall link 1345 ( ⁇ 3). can do.
  • the third gripping link 1350 may rotate to grip an object located below the third gripping link 1350. If the driving force F is removed, the third gripping link 1350 may be restored in the counterclockwise direction.
  • the first gripping link 1142, the second lower link 1242, and the 3-1 lower link 1341 rotate together at the same angle ⁇ 1 with respect to the B node to move the object.
  • the second gripping link 1246 and the third-2 lower link 1346 may rotate together at the same angle ⁇ 2 with respect to the D node to grip an object.
  • the third gripping link 1350 may grip the object by rotating ( ⁇ 3) about the G node.
  • the angle of rotation about the X axis may have a relationship of ⁇ 3 ⁇ ⁇ 2 ⁇ ⁇ 1.
  • the first to third link units 1100, 1200, and 1300 according to an embodiment of the present invention have been described above.
  • the first to third link units 1100, 1200, and 1300 according to an embodiment of the present invention may be stacked on each other.
  • the A nodes of the first input link 1110, the A node of the second input link 1210, and the A node of the third input link 1310 may be shared with each other. In this case, the fact that the node is shared may be understood to mean co-axial configuration. As node A is shared, the driving force from the actuator can be provided simultaneously to the first to third input links 1110, 1210, 1310.
  • the first output link of the first link unit 1100, the second transfer link unit of the second link unit 1200, and the third shear transfer link unit of the third link unit 1300 may be stacked to overlap each other. have.
  • At least one node of the first gripping link 1142 of the first link portion 1100 may include a second transfer link portion of the second link portion 1200 and a shear transfer link portion of the third link portion 1300. Can be shared with.
  • the B node of the first gripping link 1142 of the first link unit 1100, the B node of the second lower link 1242 of the second link unit 1200, and the third link unit ( The B nodes of the 3-1 lower side link 1342 of 1300 may be shared with each other.
  • the B node may be shared with one end of the base 1020 in which the actuator is provided (see FIG. 10 (a)).
  • the D nodes of the 3-1 lower side link 1342 of FIG. 3 may be shared with each other.
  • the first gripping link 1142, the second lower side link 1242, and the 3-1 lower side link 1342 may have the same length L1.
  • Nodes B and D of the first to third link units 1100, 1200, and 1300 are shared, such that the first gripping link 1142, the second lower link 1242, and the 3-1 lower side link 1342 are shared. Can rotate clockwise together ( ⁇ 1).
  • the second output link unit of the second link unit 1200 and the third rear transfer link unit of the third link unit may be stacked to overlap each other.
  • At least one node of the second gripping link 1246 of the second link unit 1200 may be shared with the third back-end transmission link unit of the third link unit 1300.
  • the node D of the second gripping link 1246 of the second link unit 1200 may be a third-second lower link 1346 (that is, the third-first lower link) of the third link unit 1300.
  • Node G of the second gripping link 1246 of the second link unit 1200 may be shared by the third-second lower link 1346 of the third link unit 1300 (1342). (I.e., third gripping link 1350).
  • the second gripping link 1246 and the third-2 lower link 1346 may have the same length L2.
  • the D and G nodes of the second gripping link 1246 and the 3-2 lower side link 1346 are shared, such that the second gripping link 1246 and the 3-2 lower side link 1346 are together.
  • the first gripping link 1142, the second gripping link 1242, and the third gripping link 1342 of the robot driving mechanism 1000 according to the first embodiment of the present invention are parallel to the X axis. It can have one initial state. At this time, when the external force F is applied to the A node from the actuator M, each link portion can rotate clockwise. For example, the first gripping link 1142, the second gripping link 1242, and the third gripping link 1342 may rotate clockwise. At this time, when the actuator M moves a predetermined distance in the X-axis direction, the first gripping link 1142 is -90 degrees ( ⁇ 1 in FIG. 9), and the second gripping link 1242 is -180 degrees (Fig. ⁇ 2 of 9 and the third gripping link 1342 may rotate -270 degrees ( ⁇ 3 of FIG. 9).
  • the first gripping link 1142 is -90 degrees
  • the second gripping link 1242 is -180 degrees
  • the third Gripping link 1342 may rotate -270 degrees.
  • the actuator M moves in the -X axis direction from the +20 mm displacement and moves in the 0 mm displacement
  • the first and second gripping links 1242, 1242, and 362 are held. Can be restored to an initial state of 0 degrees.
  • the robot driving mechanism according to the first embodiment of the present invention can perform bending and ⁇ operations.
  • FIGS. 14 to 16 are views for explaining a grip operation of the robot drive mechanism according to the first embodiment of the present invention. More specifically, FIGS. 14 to 16 show detailed views centering on node B of FIG. 9. For convenience of description, some links between the side link and the gripping link are not shown. For convenience of description in describing the gripping operation according to an embodiment of the present invention, reference will be made to FIGS. 9 to 11.
  • the robot driving mechanism according to the first embodiment of the present invention can perform an accurate grip by actively adapting to the appearance of the object.
  • the driving force F is continuously applied to the first input link 1110 through the actuator M.
  • the first elastic portion 1112 contracts, the length of the first input link 1110 is shortened. That is, the distance in the X-axis direction between the node A and the node B decreases from D0 to D1.
  • the second gripping link 1246 of the second link unit 1200 may be connected to the second gripping link 1246 even when the length of the first input link 1110 is shortened. Can be rotated to hold.
  • the third gripping link 1350 of the third link unit 1300 may have the third gripping link 1350 even when the lengths of the first and second input links 1110 and 1210 become short. Can rotate to grip the object.
  • deformation may occur from an initial state (see dotted line) without an external force to a state to which an external force is applied (see solid line).
  • the node A moves in the X axis direction from the O position. That is, nodes A of the first to third input links 1110, 1210, and 1310 are moved in the X axis direction.
  • the C1 node of the first input link 1110, the C2 node of the second input link 1210, and the C3 node of the third input link 1310 are respectively the first side link 1134 and the second-first node.
  • the side link 1234 and the 3-1 side link 1334 are pushed.
  • the first side link 1132, the 2-1 side link 1232, and the 3-1 side link 1332 rotate in the R direction.
  • the driving force is transmitted through the intermediate links (not shown), such that the first gripping link 1142 rotates ⁇ 1 in an initial state (0 degree reference x axis).
  • the second-first sidewall link 1232 rotates
  • the second lower side link 1242 rotates ⁇ 1 in an initial state.
  • the third-first sidewall link 1332 rotates
  • the third-first lower side link 1342 rotates ⁇ 1 in an initial state.
  • the first gripping link 1142, the second lower link 1242, and the 3-1 lower link 1342 whose motions are constrained by each other by the shared nodes, clockwise to contact the object. Can rotate continuously together. Accordingly, the distance between node A and node B may decrease from D1 to D2.
  • an object is gripped (ie, contacted) with the first gripping link 1142, the second lower link 1242, and the 3-1 lower side link 1342, the first gripping link 1142 and the second lower link 1242. )
  • the rotation of the 3-1 lower side link 1342 may be stopped. Detailed description of this step will be made with reference to FIG. 15.
  • the actuator M moves in the + X axis direction. Even if it moves continuously, the rotation of the 1st holding link 1142, the 2nd lower link 1242, and the 3-1 lower link 1134 may be stopped. That is, the first gripping link 1142, the second lower side link 1242, and the 3-1 lower side link 1342 may be maintained in a state of holding an object.
  • the length of the first input link 1110 may be shortened. That is, the length of the first elastic portion 1112 of the first input link 1110 may be shortened. As the length of the first input link 1110 is shortened, the second input link 1210 and the third input link 1310 may have additional degrees of freedom. Accordingly, the second input link 1210 may additionally push the C2 node, and the third input link 1310 may further push the C3 node. Therefore, since the object is held in the first gripping link 1142, the rotational displacement does not occur in the first sidewall link 1132, but the second-first sidewall link 1232 and the third-first sidewall link 1332 are provided. May further rotate clockwise (R).
  • the second gripping link in a state in which an object is held in the second gripping link 1246 and the third-2 lower link 1346, the second gripping link may move even if the actuator is continuously moved in the + X axis direction. Rotation of 1246 and the third-2 lower link 1346 may be stopped. That is, the second gripping link 1246 and the third-2 lower link 1346 may be held in a state of holding an object.
  • the first input link 1110 When the driving force F is continuously provided through the actuator M while the second gripping link 1246 and the 3-2 lower side link 1346 hold the object, the first input link 1110 ) And the length of the second input link 1210 may be shortened. That is, the length of the first elastic part 1112 of the first input link 1110 may be shortened, and the length of the second elastic part 1212 of the second input link 1210 may be shortened. As the lengths of the first and second input links 1110 and 1210 are shortened, the third input link 1310 may have additional degrees of freedom. Accordingly, the third input link 1310 may additionally push the C3 node. Therefore, since the object is held in the second gripping link 1246, no rotational displacement occurs in the 2-1 sidewall link 1232, but the 3-1 side link 1332 is added in the clockwise direction R.
  • the third gripping link 1350 may rotate in the clockwise direction ⁇ 3. That is, even if the first link unit 1100 and the second link unit 1200 grip an object and no further rotational displacement occurs, the third gripping link 1350 additionally rotates to grip the object.
  • each of the first to third link units 1100, 1200, and 1300 may grip an object by contacting the link unit with the object. This is because when the first gripping link 1142, the second lower link 1242, and the 3-1 lower side link 1342 are in contact with an object, the length of the first input link 1110 is reduced, whereby the second gripping is performed. This is because the link 1246 and the third-2 lower link 1346 are provided with additional degrees of freedom to contact the object. In addition, when the second gripping link 1246 and the third-2 lower link 1346 are in contact with an object, the length of the second input link 1210 is reduced, so that the third gripping link 1350 is in contact with the object. This is because additional degrees of freedom are provided.
  • the driving force F may be provided from the actuator M in the + X axis direction. Accordingly, the first to third link units 1100, 1200, and 1300 may rotate in a clockwise direction. According to the rotation, the second lower link 1242 and the third link of the second link unit 1100 rotating together with the first gripping link 1142 and the first gripping link 1142 of the first link unit 1100. The third-first lower link 1342 of the unit 1300 may contact the first contact point CT1 of the object Obj. As shown in FIG. 18, when the actuator M moves about 9 mm in the + X axis direction, that is, the first contact may occur at CT1 located at about-50 degrees.
  • the first elastic part 1112 of the first input link 1110 may contract.
  • the length of the first input link 1110 may be reduced from about 43.5 mm.
  • the actuator M when the actuator M continuously moves in the + X axis direction, as the length of the first input link 1110 is contracted, the second gripping link 1246 and the third-2 lower link 1346 are formed. By rotating in the clockwise direction, the second gripping link 1246 and the third-second lower link 1346 may contact the second contact point CT2 of the object Obj. As shown in FIG. 18, when the actuator M is moved about 10.5 mm in the + X axis direction, that is, a second contact may occur at CT2 located at about ⁇ 90 degrees.
  • the first elastic part 1112 of the first input link 1110 and the second elastic part 1212 of the second input link 1210 are May contract.
  • the length of the first input link 1110 may be reduced from about 42.8 mm.
  • the length of the second input link 1210 can be reduced to about 45.5 mm.
  • the third gripping link 1350 rotates in a clockwise direction. As a result, the third gripping link 1350 may contact the third contact point CT3 of the object Obj. As shown in FIG. 18, when the actuator M moves about 11.8 mm in the + X axis direction, that is, a third contact may occur at CT3 located at about ⁇ 160 degrees.
  • the first gripping link 1142 contacts the object at the first contact point CT1
  • the second gripping link 1246 is the object at the second contact point CT2.
  • the third gripping link 1350 contacts the object at the third contact point CT3, thereby actively adapting to the external shape of the object and stably holding the object.
  • the length of the first input link 1110 is reduced, so that additional degrees of freedom may be provided.
  • the second gripping link 1246 and the third gripping link 1350 may further rotate to grip the object.
  • additional degrees of freedom may be provided.
  • the third gripping link 1350 may further rotate to grip the object.
  • the degrees of freedom of the first to third link portions of the robot driving mechanism according to the first embodiment of the present invention may be greater than the number of actuators (M). That is, even when a single liquid unit is used as described above, the first to third link units may provide three degrees of freedom through variable length control of the first input link and the second input link.
  • the gripping operation according to the first embodiment of the present invention has been described above.
  • a robot driving method according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 20.
  • the robot driving method according to the first embodiment of the present invention may be implemented by the robot driving mechanism according to the first embodiment of the present invention described with reference to FIGS. 9 to 19.
  • 20 is a flowchart illustrating a robot driving method according to the first embodiment of the present invention.
  • the first link part and the second link part and the third link part overlapping the first link part are provided.
  • the first gripping link of the first link unit gripping the object (S110), when the first gripping link of the first link unit gripping the object, the actuator A step (S120) provided between (M) and the first gripping link to contract the first input link for inputting the driving force, and during the contraction of the first input link, the driving force of the actuator (M)
  • the second gripping link of the second link unit rotates toward the object to hold the object (S130), when the second gripping link of the second link unit grips the object, the actuator (M) and the first 2 grip links
  • the second input link for inputting the driving force is provided in the contracting step (S140) and the second input link is contracted, the third gripping link of the third link portion by the driving force of the actuator (M) is It may include at least
  • the first link unit 1100 and the second link unit 1200 and the third link unit 1300 overlapping the first link unit 1100 may move an object. To rotate together.
  • the first input link 1110 pushes the first side link 1132
  • the second input link 1210 pushes the 2-1 side link 1232
  • the third input link 1310 may push the 3-1 side link 1332. Accordingly, the first gripping link 1142 of the first link unit 1100, the second lower link 1242 of the second link unit 1200, and the 3-1 lower link of the third link unit 1300. 1342 may rotate together in the ⁇ 1 direction towards the object.
  • the first gripping link 1142 may grip the object. As described with reference to FIGS. 17 through 19, the first gripping link 1142 may grasp an object at the first contact point CT1.
  • the second link unit 1200 may be formed.
  • the third lower side link 1342 of the second lower side link 1242 and the third link unit 1300 may also grip an object at the first contact point CT1.
  • step S120 when the first gripping link 1142 of the first link unit 1100 grips the object, the driving force F is provided between the actuator M and the first gripping link 1142. ) May be shrunk.
  • the first gripping link 1142 when the first gripping link 1142 grips an object at the first contact point CT1, even if a driving force is provided through the actuator M, the first gripping link 1142 may not rotate any more. . Therefore, when a driving force is provided through the actuator M while the first gripping link 1142 grips an object, the length of the first elastic part 1112 of the first input link 1110 may contract. Can be.
  • the second input link 1210 When the first input link 1110 contracts, the second input link 1210 is provided with an additional degree of freedom, so that the second gripping link 1246 may further rotate toward the object. As a result, the second gripping link 1246 may grip an object at the second contact point CT2.
  • the link 1346 may also grip an object at the second contact point CT2.
  • step S130 may be performed simultaneously with step S120.
  • the second gripping link 1246 grips an object at the second contact point CT2
  • the second gripping link 1246 no longer rotates. . Therefore, when the driving force is provided through the actuator M while the second gripping link 1246 grips an object, the length of the second elastic part 1212 of the second input link 1210 may contract. Can be. In this case, the length of the first elastic portion 1112 of the first input link 1110 may also shrink.
  • the third gripping link 1350 of the third link unit 1300 rotates toward the object by the driving force F of the actuator M. To hold the object.
  • the third input link 1310 is provided with an additional degree of freedom, so that the third gripping link 1350 faces the object. It can rotate additionally. As a result, the third gripping link 1350 may grip an object at the third contact point CT3.
  • Step S150 may be performed simultaneously with step S140.
  • any object having an external shape can be gripped stably by adapting to the external shape. That is, in the robot driving method according to the first embodiment of the present invention, the first gripping link, the second gripping link, and the third gripping link sequentially contact the external shape of the object, but the second gripping link is connected to the first input link. Additional degrees of freedom are provided by the variable length, and the third gripper link is provided by the additional degrees of freedom by the variable lengths of the first and second input links, thereby providing a grip operation that is adaptable to the appearance of the object.
  • the robot driving mechanism 1000 according to the first embodiment of the present invention has three link parts, but the robot driving mechanism 2000 according to the second embodiment of the present invention has a difference in that two link parts are stacked. . That is, the robot driving mechanism according to the second embodiment of the present invention may provide a robot driving mechanism having two nodes, unlike the robot driving mechanism according to the first embodiment of the present invention having three nodes.
  • the robot driving mechanism 2000 may include a first link part 2400 and a second link part 2500.
  • the first link unit 2400 and the second link unit 2500 may be understood to mean a link unit of the robot driving mechanism 2000 according to the second embodiment of the present invention. .
  • the first link unit 2400 and the second link unit 2500 may be stacked on each other, and may be bent, gripped, and gripped by receiving a driving force from an A node through an actuator (not shown). have. Of course, one end of the first and second link units 2400 and 2500 may be connected to the actuator with a single connector.
  • Each configuration and function of the first link unit 2400 according to the second embodiment of the present invention is the same as each configuration and function of the first link unit 1100 according to the first embodiment described above, and thus a detailed description thereof will be omitted. Shall be.
  • the second link unit 2500 according to the second embodiment of the present invention receives the driving force F through the actuator and may include a second input link 2510 having a constant length. That is, the second input link 2510 according to the second embodiment of the present invention may be different from the second input link 1210 according to the first embodiment of the present invention in that a length thereof is constant.
  • the 2-1 side link 2532 and the 2-1 upper side link 2534 respectively include the second link unit according to the first embodiment.
  • 1240 and the second lower link 1242 have the same configuration and function, and thus a detailed description thereof will be omitted.
  • 22 is a view for explaining a robot driving method according to a second embodiment of the present invention.
  • the first link unit and the second link unit overlapping the first link unit may face together toward an object.
  • the first gripping link of the first link part grips the object (S210), and when the first gripping link of the first link part grips the object, the actuator and the first A second gripping link provided between the gripping links so that the first input link for inputting the driving force contracts (S220) and the first input link is contracting, and the second gripping link of the second link portion is driven by the driving force of the actuator. It may include at least one of the step (S230) of holding the object by rotating toward the object.
  • step S200 the actuator M moves in the + X axis direction so that the first input link 2410 pushes the first side link 2432, and the second input link 2410 pushes the 2-1 side link ( 2432) can be pushed. Accordingly, the first gripping link 2442 of the first link part 2400 and the second lower link 2442 of the second link part 2400 may rotate together in the ⁇ 1 direction toward the object.
  • the second gripping link 2242 may grip the object. As described with reference to FIGS. 17 through 19, the second gripping link 1242 may grip an object at the first contact point CT1.
  • the second lower link 2254 of the second link unit 2500 may also be used.
  • the object may be gripped at the first contact point CT1.
  • the first gripping link 2442 when the first gripping link 2442 grips an object at the first contact point CT1, the first gripping link 2442 may no longer rotate even if a driving force is provided through an actuator. Therefore, when the driving force is provided through the actuator M in the state in which the first gripping link 2442 holds the object, the length of the first elastic portion 2412 of the first input link 2410 may contract. Can be.
  • the second gripping link 2546 of the second link part 2500 rotates toward the object by the driving force of the actuator to hold the object. Can be.
  • the second input link 2510 When the first input link 2410 contracts, the second input link 2510 is provided with an additional degree of freedom, so that the second gripping link 2546 may further rotate toward the object. Accordingly, the second gripping link 2546 may grip an object at the second contact point CT2.
  • step S230 may be performed simultaneously with step S220.
  • the first gripping link and the second gripping link sequentially hold an object, but in contact with the external shape of the second gripping link,
  • the length of one input link By providing additional degrees of freedom by varying the length of one input link, it is possible to provide a gripping operation that is adaptable to the appearance of the object.
  • the robot driving mechanism and the robot driving method according to the embodiments of the present invention provide more degrees of freedom than the number of actuators, ie, under actuation, thereby implementing bending, squeezing, and gripping operations with a minimum of actuators, thereby reducing the weight of the equipment. May be possible. That is, when the robot driving mechanism according to the embodiments of the present invention is used as an end-effector, it is possible to solve the difficulty of controlling by an excessive actuator.
  • embodiments of the present invention By providing additional degrees of freedom through the variable length input link, it is possible to add degrees of freedom in a simple way that can be easily applied at the robot site.
  • embodiments of the present invention by providing a variable length input link through the elastic body, it can provide an effect that can stably grip the objects of various shapes.
  • first embodiment of the present invention is composed of the first to third link portions
  • second embodiment has been described as being composed of the first and second link portions
  • technical idea of the present invention is composed of four or more link portions Of course, it can be applied to the robot driving mechanism.
  • Embodiments of the present invention can be used as end-effectors of human robots and various robotic arms that perform human-like operations. That is, the robot driving mechanism and the robot driving method according to the embodiments of the present invention may be applied to the bionic veterinary industry, service / manufacturing equipment, medical robot, and the like.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 물체 형상 적응형 로봇 손가락 의지는, 별도의 액추에이터를 이용하여 굽힘 또는 폄 동작을 하는 종래 기술과는 다르게 남아있는 손가락의 기절골 부위를 이용하여 굽힘 또는 폄 동작을 수행할 수 있으며, 각도제한링크 및 탄성부재에 의하여 다양한 형상을 가지는 물체에 로봇 의지가 닿는 면적을 증가시켜 사용자가 보다 안정적으로 물체를 파지할 수 있다.

Description

물체 형상 적응형 로봇 손가락 의지
본 발명은 물체 형상 적응형 로봇 손가락 의지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 손가락의 일부가 절단된 사용자가 별도의 액추에이터 없이 손가락 파지 동작 및 굽힘 또는 폄 동작을 수행할 수 있는 물체 형상 적응형 로봇 손가락 의지에 관한 것이다.
일반적으로 로봇 손가락 의지는 손가락이 절단된 환자 중에서, 손가락의 첫 번째 마디(Proximal Phalanx)가 충분히 남아 있으며 첫번째 관절인 기절골이 동작 가능한 경우 로봇 의지에 장착하여 스스로 동작시킬 수 있도록 하는 것이다. 다시 말해, 로봇 손가락 의지는 환자가 절단된 손가락을 스스로 동작시킬 수 있는 경우에 로봇 손가락 의지에 장착하여 파지 동작 및 굽힘 또는 폄 동작이 가능하도록 하는 장치이다.
이러한 종래 로봇 손가락 의지는, 크게 4가지 정도로 나눌 수 있다. 기존에 개발되어 상업적으로 판매되고 있는 Didrick medical 사의 X-finger, X-finger와 동일한 동작을 수행하는 이탈리아 카시노 대학교의 LARM 로봇 손가락, LARM 로봇 손가락의 단점을 보완한 이탈리아 카시노 대학교의 물체 형상 적응형 로봇 손가락 및 중국 칭화 대학교의 로봇 핸드가 있다.
구체적으로 설명하면, Didrick medical 사의 X-finger는 외부의 액추에이터가 아닌, 손가락 절단 후 남아있는 기절골의 관절과 마디를 이용하여 동작시키는 4절 링크로 구성된 인공 손가락을 개발하였으며, 이탈리아 카시노 대학교 또한 이와 유사한 손가락 메커니즘을 개발하였다.
그러나, Didrick medical 사의 X-finger 와 이탈리아 카시노 대학교의 LARM 손가락 메커니즘은 각각 1자유도를 갖는 under-actuated system 인 것을 알 수 있다. 이는, 기절골의 관절 및 마디의 동작으로부터 나머지 중절골 및 말절골의 관절과 마디의 동작이 종속되므로 손가락의 굽힘 또는 폄 동작을 수행하는데는 무리가 없지만, 다양한 모양의 물체를 파지할 때에 인공 손가락과 물체가 처음 접촉한 상태에서 동작이 정지되므로 연쇄적인 동작을 갖는 중절골 및 말절골의 관절과 마디 또한 정지하게 된다. 즉, X-finger와 LARM 손가락 메커니즘은 손가락 말단이 물체로부터 개방되는 모습을 보일 수 있으며 이에 따라 물체의 파지 능력이 불안정한 문제점이 있다.
X-finger와 LARM 손가락 메커니즘의 상기와 같은 문제점을 보완하기 위하여 이탈리아 카시노 대학교에서 이전에 개발한 LARM 손가락 메커니즘을 기반으로한 물체 적응형 손가락 메커니즘을 개발하였다. 이러한, 물체 적응형 손가락 메커니즘은 LARM 손가락 메커니즘에 스프링과 크랭크 슬라이더를 적용하였다. 중국 칭화 대학교의 로봇 손가락 메커니즘은 스프링과 슬라이드 링크를 적용하여 손가락 바닥 부분에 물체가 접촉 및 외력을 가할 때, 손가락 관절을 굽히는 새로운 방법을 이용하였다.
그러나, 이러한 전통적인 물체 적응형 손가락 메커니즘은 실제 인간의 손가락이 가지고 있는 굽힘 또는 폄 동작이 불가능하므로, 단지 머니퓰레이터(manipulator)의 말단 장치인 그리퍼(Gripper)로써의 의미만을 갖는다. 다시 말해서, 물체 적응형 손가락 메커니즘과 로봇 의지는 인공 손가락이 물체와 접촉하지 않고는 굽혀지지 않으므로 실제 사람의 손가락 동작과는 상이한 문제점이 있다.
이탈리노 카시노 대학교에서는 물체 적응형 손가락 메커니즘과 LARM 손가락메커니즘이 가지는 문제점을 해결하기 위하여, 4절 링크에 기반을 둔 LARM 손가락 메커니즘에 하나의 링크를 더 추가하여 5절 링크로 변경하고 두 링크 사이에 스프링을 연결함으로써 굽힘 및 폄 동작 시에는 4절 링크 형태로 동작을 수행하고, 물체가 접촉 했을 때에는 지속적으로 액추에이터를 동작시켜 스프링이 연결된 두 링크 사이의 각도를 증가시킴으로써 인공 손가락의 둘째와 셋째 마디를 회전시키는 방법을 제안하였다.
그러나, 5절 링크 LARM 손가락 메커니즘은 스프링이 설치된 손가락 내부의 링크의 첫 단을 이용하여 동작시킴으로 인해 물체가 접촉된 상태에서도 모터를 지속적으로 동작시켜야 하므로 외부의 모터를 이용하는 것이 아니라, 살아 있는 손가락 마디를 이용하여 동력을 전달하는 인공 손가락에는 적합하지 않은 문제점이 있다.
따라서, 본 출원인은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 본 발명을 제안하게 되었으며, 이와 관련된 선행기술문헌으로는, 대한민국 공개특허공보 제10-2011-003285호(발명의 명칭: 손가락 재활 운동장치, 공개일: 2011. 03. 30. )가 있다.
본 발명의 목적은 별도의 액추에이터 없이 남아있는 손가락의 기절골 부위를 이용하여 굽힘과 폄의 핀치 동작뿐만 아니라 다양한 형상의 물체를 파지하기 위한 파지 동작을 수행할 수 있는 물체 형상 적응형 로봇 손가락 의지를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 굽힘, 폄 및 파지 동작이 가능한 로봇구동기구 및 로봇구동방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 부족 구동으로 동작하는 로봇구동기구 및 로봇구동방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 물체의 형상에 적응함으로써, 다양한 형상의 물체를 안정적으로 파지할 수 있는 로봇구동기구 및 로봇구동방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 절단된 손가락의 기절골 부위에 착용하는 기절골 바디; 상기 기절골 바디와 연결되어 상기 절단된 손가락의 중절골 부위의 역할을 수행하는 중절골 바디; 상기 중절골 바디와 연결되어 상기 절단된 손가락의 말절골 부위의 역할을 수행하는 말절골 바디; 상기 기절골 바디의 하측에 배치되는 제1 기절골 링크; 상기 기절골 바디의 상측에서 상기 제1 기절골 링크와 조인트 연결되는 제2 기절골 링크; 및 상기 제1 기절골 링크와 상기 제2 기절골 링크 사이의 조인트에 마련되어 탄성력을 제공하는 기절골 탄성부재; 를 포함할 수 있다.
물체 파지 동작 시, 상기 제1 기절골 링크가 상기 물체에 접촉하여 눌려짐에 따라 상기 제1 기절골 링크와 상기 제2 기절골 링크 사이의 각도가 증가할 수 있다.
물체의 파지 동작 시, 상기 제1 기절골 링크가 상기 물체에 접촉하여 눌려짐에 따라 상기 제2 기절골 링크가 상기 중절골 바디에 힘을 가하여 상기 중절골 바디와 상기 말절골 바디가 안쪽으로 접힐 수 있다.
물체가 접촉되지 않은 상태에서 이루어지는 굽힘 또는 폄 동작 시, 상기 제1 기절골 링크와 상기 제2 기절골 링크 사이의 각도는 상기 기절골 탄성부재에 의해 고정될 수 있다.
상기 제1 기절골 링크와 상기 제2 기절골 링크 중 어느 하나에는 상기 제1 기절골 링크와 상기 제2 기절골 링크 사이의 각도를 제한하기 위한 기구적 각도 제한요소가 마련되어 상기 굽힘 또는 폄 동작 시 상기 제1 기절골 링크와 상기 제2 기절골 링크 사이의 각도가 상기 기절골 탄성부재에 의하여 상기 기구적 각도 제한요소가 가지고 있는 각도로 고정될 수 있다.
상기 중절골 바디의 하측에 배치되고 일단부가 상기 기절골 바디와 조인트 연결되는 제1 중절골 링크; 일단부가 상기 제1 중절골 링크의 타단부와 조인트 연결되고 타단부가 상기 말절골 바디와 조인트 연결되는 제2 중절골 링크; 상기 중절골 바디의 상측에 배치되고 상기 기절골 바디와 상기 말절골 바디를 상호 연결하는 제3 중절골 링크; 및 상기 제1 중절골 링크와 상기 제2 중절골 링크 사이의 조인트에 마련되어 탄성력을 제공하는 중절골 탄성부재를 더 포함할 수 있다.
물체의 파지 동작 시, 상기 제1 중절골 링크가 상기 물체에 접촉하여 눌려짐에 따라 상기 제1 중절골 링크와 상기 제2 중절골 링크 사이의 각도가 증가할 수 있다.
물체파지 동작 시, 상기 제1 중절골 링크가 상기 물체에 접촉하여 눌려짐에 따라 상기 제2 중절골 링크가 상기 말절골 바디에 힘을 가하여 상기 말절골 바디가 안쪽으로 접힐 수 있다.
물체가 접촉되지 않은 상태에서 이루어지는 굽힘 또는 폄 동작 시 상기 제1 중절골 링크와 상기 제2 중절골 링크 사이의 각도는 상기 중절골 탄성부재에 의해 고정될 수 있다.
상기 제1 중절골 링크와 상기 제2 중절골 링크 중 어느 하나에는 상기 제1 중절골 링크와 상기 제2 중절골 링크 사이의 각도를 제한하기 위한 기구적 각도 제한요소가 마련되어 상기 굽힘 또는 폄 동작 시 상기 제1 중절골 링크와 상기 제2 중절골 링크 사이의 각도가 상기 중절골 탄성부재에 의하여 상기 기구적 각도 제한요소가 가지고 있는 각도로 고정될 수 있다.
사용자의 손바닥에 고정되는 손바닥 고정부를 더 포함하고, 상기 손바닥 고정부는 상기 기절골 바디 및 상기 제1 기절골 링크 각각과 조인트 연결될 수 있다.
상기 손바닥 고정부와 상기 기절골 바디 또는 상기 제1 기절골 링크를 조인트 연결하는 연결 브라켓을 더 포함하고, 상기 손바닥 고정부는 상기 연결 브라켓에 의해 상기 기절골 바디 또는 상기 제1 기절골 링크를 중심으로 내전 및 외전으로 회동될 수 있다.
또한, 상기 목적은, 본 발명의 다른 실시예에 따라, 절단된 손가락의 기절골 부위에 착용하여 상기 기절골 부위를 동력으로 사용하는 로봇 의지에 있어서, 5절 링크 구조를 기반으로 하되, 물체가 접촉되지 않은 상태에서 이루어지는 굽힘 또는 폄 동작에 관여하는 4절 링크와 상기 물체가 접촉된 상태에서 이루어지는 상기 물체의 파지 동작을 관여하는 4절 링크가 서로 다르게 형성되며, 두 동작이 동시에 이루어지거나 또는 독립적으로 이루질 수 있다.
상기 5절 링크 구조에서 상기 물체와 접촉하게 되는 제1 링크와 상기 제1 링크와 조인트 연결되는 제2 링크 사이의 조인트 탄성부재와 기구적 각도 제한요소가 마련될 수 있다.
상기 물체의 파지 동작 시, 상기 제1 링크가 상기 물체와 접촉하여 발생하는 외력에 의해 상기 제1 링크와 상기 제2 링크 사이의 각도가 증가하고, 상기 굽힘 또는 폄 동작 시, 상기 제1 링크와 상기 제2 링크 사이의 각도가 상기 탄성부재에 의해 상기 기구적 각도 제한요소가 가지고 있는 각도로 고정될 수 있다.
본 발명의 물체 형상 적응형 로봇 손가락 의지는, 손가락의 일부가 절단된 사용자의 기절부 부위만를 이용하여 굽힘 또는 폄 동작을 수행할 수 있을 뿐만 아니라 로봇 의지가 다양한 형상의 물체에 적응함으로써 물체와 닿는 면적이 증가되어 보다 안정적으로 파지 동작을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇구동기구는, 액츄에이터(actuator)를 통하여 구동력을 제공받으며, 물체 파지에 따라 길이가 제어되는 제1 탄성부를 포함하는 제1 입력 링크 및 상기 제1 입력 링크의 이동에 따라 회전하여 상기 물체를 파지하는 제1 파지 링크를 포함하는 제1 링크부, 상기 액츄에이터를 통하여 구동력을 동시에 제공받으며, 상기 물체 파지에 따라 길이가 제어되는 제2 탄성부를 포함하는 제2 입력 링크 및 상기 제2 입력 링크의 이동에 따라 회전하여 상기 물체를 파지하는 제2 파지 링크를 포함하는 제2 링크부, 상기 액츄에이터(M)를 통하여 구동력을 동시에 제공받으며 일정한 길이를 가지는 제3 입력 링크 및 상기 제3 입력 링크의 이동에 따라 회전하여 상기 물체를 파지하는 제3 파지 링크를 포함하는 제3 링크부를 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제1, 제2, 제3 입력 링크는 액츄에이터(M)를 통하여 함께 구동력을 제공받을 수 있다. 예를 들어, 단일의 액츄에이터(M)에 의하여, 제1, 제2, 제3 입력 링크가 구동될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제1 입력 링크 및 제2 입력 링크는 탄성부에 의하여 길이가 가변하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 링크부의 제1 파지 링크가 물체를 파지한 상태에서, 상기 액츄에이터(M)를 통하여 상기 제1 입력 링크에 구동력이 계속적으로 제공되는 경우, 상기 제1 탄성부가 수축하며, 상기 제2 링크부의 제2 파지 링크가 상기 물체를 파지한 상태에서, 상기 액츄에이터(M)를 통하여 상기 제2 입력 링크에 구동력이 계속적으로 제공되는 경우, 상기 제2 탄성부가 수축할 수 있다. 또한, 상기 제2 링크부의 상기 제2 파지 링크는, 상기 제1 탄성부가 수축하는 경우에도, 상기 제2 파지 링크가 상기 물체를 파지하도록 회전하며, 상기 제3 링크부의 제3 파지 링크는, 상기 제1 및 제2 탄성부가 수축하는 경우에도, 상기 제3 파지 링크가 상기 물체를 파지도록 회전할 수 있다.
즉, 제1 파지 링크가 물체를 파지한 경우, 제1 입력 링크의 길이가 짧아짐으로써, 제2 파지 링크 및 제3 파지 링크가 물체를 파지할 수 있도록 자유도가 제공될 수 있다. 이에 따라, 추가적인 회전에 의해 제2 파지 링크가 물체를 파지한 경우, 제2 입력 링크의 길이가 짧아짐으로써, 제3 파지 링크가 물체를 파지할 수 있도록 추가적인 자유도가 제공될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 입력 링크에 구비되는 탄성부에 의하여 액츄에이터(M)의 수 보다 많은 자유도가 제공될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇구동기구 및 로봇구동방법은 다양한 물체의 형상에 적응함으로써, 안정적으로 물체를 파지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 물체 형상 적응형 로봇 손가락 의지의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 물체 형상 적응형 로봇 손가락 의지의 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시한 물체 형상 적응형 로봇 손가락 의지를 아래에서 바라본 모습을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1에 도시한 물체 형상 적응형 로봇 손가락 의지를 위에서 바라본 모습을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1에 도시한 물체 형상 적응형 로봇 손가락 의지의 굽힘 및 폄 동작 메커니즘을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5에 도시한 물체 형상 적응형 로봇 손가락 의지의 굽힘 및 폄 동작 메커니즘에 따른 굽힘 또는 폄 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 1에 도시한 물체 형상 적응형 로봇 손가락 의지의 파지 동작 메커니즘을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7에 도시한 물체 형상 적응형 로봇 손가락 의지의 파지 동작 메커니즘에 따른 파지 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 로봇구동기구의 관절(link)을 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 본 발명의 제1 실시 예에 따른 로봇구동기구의 단면도 및 사시도를 도시한다.
도 11은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 로봇구동기구의 분해 사시도를 도시한다.
도 12 및 13은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 로봇구동기구의 굽힘 및 폄 동작 실험결과를 도시한다.
도 14 내지 도 16은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 로봇구동기구의 파지 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 17 내지 도 19는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 로봇구동기구의 파지 동작 실험결과를 도시한다.
도 20은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 로봇구동방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 21은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 로봇구동기구의 관절을 설명하기 위한 도면이다.
도 22는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 로봇구동방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.
본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예들을 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도면의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 물체 형상 적응형 로봇 손가락 의지(이하 '로봇 손가락 의지'라 함, 100)을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 물체 형상 적응형 로봇 손가락 의지의 분해 사시도, 도 2는 도 1에 도시한 물체 형상 적응형 로봇 손가락 의지의 사시도, 도 3은 도 1에 도시한 물체 형상 적응형 로봇 손가락 의지를 아래에서 바라본 모습을 나타낸 도면 및 도 4는 도 1에 도시한 물체 형상 적응형 로봇 손가락 의지를 위에서 바라본 모습을 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 손가락 의지(100)는 손가락의 기절골 부위에 착용하는 기절골 바디(110), 기절골 바디(110)와 연결되어 손가락의 중절골 부위의 역할을 수행하는 중절골 바디(120), 중절골 바디(120)와 연결되어 손가락의 말절골 부위의 역할을 수행하는 말절골 바디(130), 기절골 바디(110)의 하측에 배치되는 제1 기절골 링크(112), 기절골 바디(120)의 상측에 배치되는 제2 기절골 링크(114), 제1 기절골 링크(112)와 제2 기절골 링크(114) 사이에 마련되는 기절골 탄성부재(116)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 손가락 의지(100)는 손가락의 중절골 및 말절골 부위가 절단되어 기절골 부위 만이 남아있는 손가락을 가지는 사용자를 위한 것이다. 다시 말해서, 손가락이 완전히 절단되지 않고, 기절골 부위가 남아있는 사용자를 위한 로봇 의지이다. 또한, 손가락의 기절골 부위는 기절골 바디(110)에 고정 또는 지지되어 로봇 손가락 의지(100)에 동력을 제공하여야 하므로, 기절골 부위가 충분하게 남아있는 손가락 절단 사용자만이 로봇 손가락 의지(100)를 사용할 수 있다.
상술한 바와 같이, 로봇 손가락 의지(100)는 절단된 손가락의 기절골 부위에 착용하여 상기 기절골 부위를 동력으로 사용한다. 이러한 로봇 손가락 의지(100)는 5절 링크(5-bar link)의 구조를 기반으로 하되, 물체(M)가 접촉되지 않은 상태에서 이루어지는 굽힘 또는 폄 동작에 관여하는 4절 링크(4-bar link)와 물체가 접촉된 상태에서 이루어지는 물체를 집기 위한 파지 동작은 동시에 동작하거나 또는 독립적으로 동작할 수 있으며, 이 두 동작을 관여하는 4절 링크가 서로 다르게 형성된다. 즉, 로봇 손가락 의지(100)는 굽힘 또는 폄 동작에 관여하는 링크(동력을 입력하는 링크)와 물체를 집기 위한 파지 동작에 관여하는 링크(외력을 받아들이는 링크)가 서로 다름으로 인하여 각각 독립적으로 동작한다. 또한, 로봇 손가락 의지(100)의 5절 링크의 구조에서 물체와 접촉하게 되는 제1 링크(112)(122)와 제1링크(112)(122)와 조인트 연결되는 제2 링크(114)(124) 사이의 조인트에는 탄성부재(116)(126)와 기구적 각도 제한요소가 마련된다. 즉, 로봇 손가락 의지(100)를 이용하여 물체의 파지 동작 시 제1 링크(112)(122)가 물체와 접촉하여 발생하는 외력에 의해 제1 링크(112)(122)와 제2 링크(114)(124) 사이의 각도가 증가하고, 로봇 손가락 의지(100)의 굽힘 또는 폄 동작 시 제1 링크(112)(122)와 제2 링크(114)(124) 사이의 각도가 탄성부재(116)(126)에 의해 기구적 각도 제한요소가 가지고 있는 각도로 고정된다. 참고로, 상기한 바와 같이, 제1 링크는 후술할 제1 기절골 링크(112) 또는 제1 중절골 링크(122) 중 어느 하나로 마련될 수도 있고, 제2 링크는 후술할 제2 기절골 링크(114) 또는 제2 중절골 링크(124) 중 어느 하나로 마련될 수도 있다.
아래에서는 상술한 내용을 구현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 손가락 의지(100)에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 1및 도 4를 참조하면, 기절골 바디(110)는 절단된 손가락의 기절골 부위에 착용하며, 사용자의 기절골 부위의 역할을 수행한다. 기절골 바디(110)는 손가락의 기절골(Proximal Phalanx), 즉 손가락의 첫번째 마디를 의미한다. 기절골 바디(110)에는 사용자의 남아있는 기절골 부위가 위치된다. 이때, 기절골 바디(110)는 원통 형태로 형성되어 위치되는 사용자의 기절골 부위를 안정적으로 고정 또는 지지한다. 또한, 원통 형태로 형성되는 기절골 바디(110)의 바닥면, 즉 사용자의 기절골 부위의 바닥면이 위치되는 부분은 평평한 형태로 마련된다. 이에 따라, 기절골 바디(110)에 위치되는 사용자의 기절골 부위가 안정적으로 놓여질 수 있다. 또한, 기절골 바디(110)의 일단부는 'ㄱ' 자 형태로 마련되어 후술할 손바닥 고정부(150)와 조인트 연결된다. 다시 말해서, 기절골 바디(110)의 일단부와 손바닥 고정부(150)은 핀을 이용하여 연결된다. 이때, 기절골 바디(110)와 손바닥 고정부(150)의 결합된 부분, 즉 연결부는 손가락의 첫번째 관절(MP Joint)을 의미한다.
한편, 기절골 바디(110)는 손바닥 고정부(150) 사이에는 별도의 연결 브라켓(160)이 마련된다. 즉, 기절골 바디(110)는 손바닥 고정부(150)에 바로 연결되지 않고, 연결 브라켓(160)을 매개로 하여 손바닥 고정부(150)와 연결된다. 기절골 바디(110)와 연결 브라켓(160)은 조인트 연결되고, 손바닥 고정부(150)도 연결 브라켓(160)과 조인트 연결된다. 이에 따라, 기절골 바디(110)는 손바닥 고정부(150)를 중심으로 내전 및 외전이 가능하게 된다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 손가락 의지(100)는 손바닥 고정부(150)를 더 포함한다. 손바닥 고정부(150)는 손가락의 기절골 부위만이 남아있는 사용자의 손바닥이 끼워진다. 손바닥 고정부(150)는 내주면이 곡면으로 형성되며, 손바닥이 끼워지는 부분은 'U' 자 형태로 마련된다. 이에 따라, 사용자의 손바닥이 손바닥 고정부(150)에 안정적으로 끼워져 고정된다. 상기한 바와 같이 손바닥 고정부(150)는 연결 브라켓(160)를 통하여 기절골 바디(110)와 연결된다. 손바닥 고정부(150)와 기절골 바디(110)가 연결 브라켓(160)을 매개로 하여 연결되어 손바닥 고정부(150)는 기절골 바디(110) 또는 제1 기절골 링크(112)를 중심으로 좌측 및 우측 방향으로 회동할 수 있으므로 사용자가 로봇 손가락 의지(100)를 편리하게 사용할 수 있다.
중절골 바디(120)는 기절골 바디(110)와 연결되어 사용자의 절단된 중절골 부위의 역할을 수행한다. 구체적으로, 중절골 바디(120)는 손가락의 중절골(Middle Phalanx), 즉 손가락의 두번째 마디를 의미한다. 중절골 바디(120)는 두 개의 부재 가 서로 나란하게 배치되며, 나란하게 배치된 두 부재 사이는 별도의 부재를 통하여 연결된다. 중절골 바디(120)는 기절골 바디(110)의 양단부와 연결되며, 중절골 바디(120)와 기절골 바디(110)는 조인트 연결된다. 즉, 중절골 바디(120)와 기절골 바디(110)는 핀을 이용하여 연결된다. 이와 같이 연결된 중절골 바디(120)와 기절골 바디(110)의 연결부는 손가락의 두번째 관절(PIP Joint)을 의미한다.
한편, 중절골 바디(120)와 기절골 바디(110) 사이에는 보조 브라켓(140)이 마련된다. 즉, 중절골 바디(120)는 기절골 바디(110)와 직접적으로 연결되지 않고, 보조 브라켓(140)를 매개로 기절골 바디(110)와 연결된다. 보조 브라켓(140)은 삼각형의 형태로 형성된다. 다시 말해서, 보조 브라켓(140)은 삼각형 형태의 두 부재가 나란하게 배치되며, 나란하게 배치된 두 부재 사이는 별도의 부재를 통하여 연결된다. 삼각형의 형태로 마련된 보조 브라켓(140)의 각 모서리에는 홀(hole)이 형성되며, 중절골 바디(120)과 기절골 바디(110)는 보조 브라켓(140)의 홀을 통해 조인트 연결된다. 참고로, 보조 브라켓(140)에는 기절골 바디(110) 및 중절골 바디(120)는 물론, 후술할 제1 중절골 링크(122) 및 제3 중절골 링크(128)가 핀을 통하여 홀에 조인트 연결된다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 말절골 바디(130)는 중절골 바디(120)와 연결되어 절단된 손가락의 말절골 부위의 역할을 수행한다. 말절골 바디(130)는 손가락의 말절골(Distal Phalanx), 즉 손가락의 마지막 마디를 의미하며, 손톱이 형성된 마디, 즉 물체를 집기 위한 파지 동작을 수행하는 부위이다. 이러한 말절골 바디(130)는 중절골 바디(120), 후술할 제2 중절골 링크(124)와 연결된다. 말절골 바디(130)는 중절골 바디(120) 및 제2 중절골 링크(124)와 핀을 이용하여 조인트 연결된다. 이와 같이 연결된 말절골 바디(130)와 중절골 바디(120)의 연결부는 손가락의 세번째 관절(DIP Joint)를 의미한다. 말절골 바디(130)의 상단부(131)에는 사람의 손가락에 형성된 손톱과 동일한 형태를 가지는 인공손톱이 마련된다. 말절골 바디(130)의 상단부(131)에 마련되는 인공손톱은 일부분이 말절골 바디(130)에서 일부분이 돌출되게 형성된다. 인공손톱이 마련된 로봇 손가락 의지(100)를 이용하여 물체를 파지할 경우에 파지해야할 물체의 두께가 얇더라도 돌출된 인공손톱에 의해 물체를 손쉽게 파지할 수 있다. 또한, 말절골 바디(130)의 하단부(132)에는 패드(pad, 133)가 마련될 수 있다. 말절골 바디(130)의 하단부(132)에 형성되는 패드(133)는 손가락의 바닥면을 대체한다. 이에 따라, 말절골 바디(130)의 하단부(132)에 형성되는 패드(133)는 실리콘(Silicon) 재질 등의 연질 재질로 마련되어야 한다. 만약, 패드(133)가 경질의 재질이나 말절골 바디(130)와 동일한 재질로 마련될 경우 물체를 안정적으로 파지하기 어렵고, 물체의 겉면에 손상을 입힐 위험성이 있기 때문이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 제1 기절골 링크(112)는 기절골 바디(110)의 하측에 배치된다. 제1 기절골 링크(112)는 사용자의 손바닥에 해당하는 부재이다. 제1 기절골 링크(112)는 일측이 개구된 형태의 'ㄷ' 자 형태로 마련된다. 일측이 개구된 형태로 형성되는 제1 기절골 링크(112)의 일단부는 손바닥 고정부(150)와 연결되고 타단부는 제2 기절골 링크(114)와 연결된다. 이러한 제1 기절골 링크(112)는 기절골 바디(110)를 지지한다. 한편, 제1 기절골 링크(112)와 손바닥 고정부(150) 사이에는 상술한 연결 브라켓(160)이 마련된다. 다시 말해서, 제1 기절골 링크(112)는 연결 브라켓(160)를 매개로 손바닥 고정부(150)와 연결된다. 이에 따라, 제1 기절골 링크(112)는 손바닥 고정부(150)를 중심으로 상측 및 하측 방향으로 회동할 수 있게 되어 로봇 손가락 의지(100)를 편리하게 사용할 수 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 제2 기절골 링크(114)는 기절골 바디(110)의 상측에서 제1 기절골 링크(112)과 조인트 연결된다. 구체적으로, 제2 기절골 링크(114)는 기절골 바디(110)의 일측, 즉 기절골 바디(110)와 연결된 손바닥 고정부(150)의 반대측에 위치되고, 제1 기절골 링크(112)의 양단에 핀을 이용하여 조인트 연결된다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 손가락 의지(100)를 이용하여 물체의 파지 동작 시, 제1 기절골 링크(112)가 물체에 접촉하여 눌려짐에 따라 제1 기절골 링크(112)와 제2 기절골 링크(114) 사이의 각도가 증가한다. 또한, 제1 기절골 링크(112)가 물체에 접촉하여 눌려짐에 따라 제2 기절골 링크(114)가 중절골 바디(120)에 힘을 가하여 중절골 바디(120)와 말절골 바디(130)가 안쪽으로 접힌다. 반면, 물체가 로봇 손가락 의지(100)와 접촉되지 않은 상태에서 로봇 손가락 의지(100)의 굽힘 또는 폄 동작 시, 제1 기절골 링크(112)와 제2 기절골 링크(114) 사이의 각도는 기절골 탄성부재(116)에 의해 고정된다. 기절골 탄성부재(116)는 제1 기절골 링크(112)와 제2 기절골 링크(114) 사이의 조인트에 마련되어 탄성력을 제공한다.
상기의 내용을 구체적으로 설명하면, 로봇 손가락 의지(100)가 물체를 집기 위한 파지 동작을 수행할 때, 제1 기절골 링크(112)와 제2 기절골 링크(114) 사이의 각도는 기절골 탄성부재(116)가 가지고 있는 탄성력 범위 이상으로 증가된다. 즉, 로봇 손가락 의지(100)의 제1 기절골 링크(112)와 제2 기절골 링크(114)는 물체의 포락선에 적응하여 물체를 안정적으로 파지할 수 있게 된다. 또한, 제1 기절골 링크(112)와 제2 기절골 링크(114)가 물체의 포락선에 적응하게 되면 제1 기절골 링크(112)는 눌려진다. 제1 기절골 링크(112)가 눌려짐에 따라 제2 기절골 링크(114)가 중절골 바디(120)에 힘을 가하여 중절골 바디(120)와 말절골 바디(130) 모두를 안쪽으로 접히게 된다. 이로 인하여, 로봇 손가락 의지(100)가 물체를 파지할 경우, 제1 기절골 링크(112) 및 제2 기절골 링크(114)는 물론 중절골 바디(120)와 말절골 바디(130)도 물체의 포락선에 적응하여 물체를 안전하게 파지하게 된다.
한편, 로봇 손가락 의지(100)는 물체와 접촉되지 않은 굽힘 또는 폄 동작을 수행할수 있다. 로봇 손가락 의지(100)가 굽힘 또는 폄 동작을 수행할 경우, 제1 기절골 링크(112)와 제2 기절골 링크(114) 사이의 각도는 고정된다. 왜냐하면, 제1 기절골 링크(112)와 제2 기절골 링크(114) 사이에는 기절골 탄성부재(116)가 배치되고, 이로 인해 제1 기절골 링크(112)와 제2 기절골 링크(114) 사이의 각도는 기절골 탄성부재(116) 가 가진 허용 탄성력 범위까지만 증가하게 된다. 다시 말해서, 굽힘 또는 폄 동작은 로봇 손가락 의지(100)가 물체와 접촉하지 않고도 수행할 수 있는 동작이므로, 제1 기절골 링크(112)와 제2 기절골 링크(114)에는 외력이 가해지지 않는다. 즉, 기절골 탄성부재(116)에 외력이 가해지지 않으므로 제1 기절골 링크(112)와 제2 기절골 링크(114) 사이의 각도는 증가하지 않고 고정되게 된다. 또한, 제1 기절골 링크(112)와 제2 기절골 링크(114) 중 어느 하나에는 제1 기절골 링크(112)와 제2 기절골 링크(114) 사이의 각도를 제한하기 위한 기구적 각도 제한요소가 마련된다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 기구적 각도 제한요소는 제1 기절골 링크(112)와 제2 기절골 링크(114)의 연결부에 각각 형성된다. 따라서, 상기한 로봇 손가락 의지(100)의 굽힘 또는 폄 동작 시, 제1 기절골 링크(112)와 제2 기절골 링크(114) 사이의 각도는 기절골 탄성부재(116)에 의해 기구적 각도 제한요소가 가지고 있는 각도로 고정된다. 참고로, 상기한 기절골 탄성부재(116)는 제1 기절골 링크(112)와 제2 기절골 링크(114) 사이의 조인트, 즉 제1 기절골 링크(112)와 제2 기절골 링크(114)의 연결부 양단에 한 쌍으로 마련된다. 기절골 탄성부재(116)는 일반 스프링의 형태로 마련되는 것 보다 토션 스프링의 형태로 마련되어 제1 기절골 링크(112)와 제2 기절골 링크(114) 사이의 각도를 증가시키거나 또는 고정시킬 수 있다.
도 1내지 도 3을 참조하면, 제1 중절골 링크(122)는 중절골 바디(120)의 하측에 배치되고 일단부가 기절골 바디(110)와 조인트 연결된다. 구체적으로, 제1 중절골 링크(122)는 중절골 바디(120) 사이에 위치되며, 일단부는 보조 브라켓(140)과 조인트 연결되고 타단부는 제2 중절골 링크(124)와 조인트 연결된다. 제1 중절골 링크(122)는 사용자의 손바닥 부위에 해당하는 부재로, 기절골 바디(110)와 말절골 바디(130) 사이의 연결부, 즉 관절 동작을 보조한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 제2 중절골 링크(124)는 일단부가 제1 중절골 링크(112)의 타단부와 조인트 연결되고 타단부가 말절골 바디(130)와 조인트 연결된다. 구체적으로, 제2 중절골 링크(124)의 일단부는 제1 중절골 링크(122)와 조인트 연결되고, 타단부는 말절골 바디(130)와 조인트 연결된다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 손가락 의지(100)를 이용하여 물체의 파지 동작 시, 제1 중절골 링크(122)가 물체에 접촉하여 눌려짐에 따라 제1 중절골 링크(122)와 제2 중절골 링크(124) 사이의 각도가 증가한다. 또한, 제1 중절골 링크(122)가 물체에 접촉하여 눌려짐에 따라 제2 중절골 링크(124)가 말절골 바디(130)에 힘을 가하여 말절골 바디(130)가 안쪽으로 접힌다. 반면, 물체가 로봇 손가락 의지(100)와 접촉되지 않은 상태에서 로봇 손가락 의지(100)의 굽힘 또는 폄 동작 시, 제1 중절골 링크(122)와 제2 중절골 링크(124) 사이의 각도는 중절골 탄성부재(126)에 의해 고정된다. 중절골 탄성부재(126)는 제1 중절골 링크(122)와 제2 중절골 링크(124) 사이의 조인트에 마련되어 탄성력을 제공한다.
상기의 내용을 구체적으로 설명하면, 로봇 손가락 의지(100)가 물체를 집기 위한 파지 동작을 수행할 때, 제1 중절골 링크(122)와 제2 중절골 링크(124)에 외력에 가해지게 되어 제1 중절골 링크(122)와 제2 중절골 링크(124) 사이의 각도는 중절골 탄성부재(126)가 가지고 있는 탄성력 범위 이상으로 증가된다. 즉, 로봇 손가락 의지(100)의 제1 중절골 링크(122)와 제2 중절골 링크(124)는 물체의 포락선에 적응하여 물체를 안정적으로 파지할 수 있게 된다. 또한, 제1 중절골 링크(122)와 제2 중절골 링크(124)가 물체의 포락선에 적응하게 되면 제1 중절골 링크(122)는 눌려진다. 제1 중절골 링크(122)가 눌려짐에 따라 제2 중절골 링크(124)가 말절골 바디(130)에 힘을 가하여 말절골 바디(130)가 안쪽으로 접히게 된다. 이로 인하여, 로봇 손가락 의지(100)가 물체를 파지할 경우, 제1 중절골 링크(122), 제2 중절골 링크(124) 및 말절골 바디(130)가 물체의 포락선에 적응하여 물체를 안전하게 파지하게 된다.
한편, 로봇 손가락 의지(100)는 물체와 접촉되지 않은 굽힘 폄 동작을 수행할 수 있다. 로봇 손가락 의지(100)가 굽힘 또는 폄 동작을 수행할 경우, 제1 중절골 링크(122)와 제2 중절골 링크(124)사이의 각도는 고정된다. 왜냐하면, 제1 중절골 링크(122)와 제2 중절골 링크(124) 사이에는 중절골 탄성부재(126)가 배치되고, 이로 인해 제1 중절골 링크(122)와 제2 중절골 링크(124) 사이의 각도는 중절골 탄성부재(126)가 가진 허용 탄성력 범위까지만 증가되게 된다. 다시 말해서, 굽힘 또는 폄 동작은 로봇 손가락 의지(100)가 물체와 접촉하지 않고도 수행할 수 있는 동작이므로, 제1 중절골 링크(122)와 제2 중절골 링크(124)에는 외력이 가해지지 않는다. 즉, 중절골 탄성부재(126)에 외력이 가해지지 않으므로 제1 중절골 링크(122)와 제2 중절골 링크(124) 사이의 각도는 증가하지 않고 고정되게 된다. 또한, 제1 중절골 링크(122)와 제2 중절골 링크(114) 중 어느 하나에는 제1 중절골 링크(122)와 제2 중절골 링크(124) 사이의 각도를 제한하기 위한 기구적 각도 제한요소가 마련된다. 도 1 및 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 기구적 각도 제한요소는 제1 중절골 링크(122)와 제2 중절골 링크(124)의 연결부에 각각 형성된다. 따라서, 상기한 로봇 손가락 의지(100)의 굽힘 또는 폄 동작 시, 제1 중절골 링크(122)와 제2 중절골 링크(124) 사이의 각도는 중절골 탄성부재(126)에 의해 기구적 각도 제한요소가 가지고 있는 각도로 고정된다. 참고로, 상기한 중절골 탄성부재(126)는 상술한 기절골 탄성부재(116)와 마찬가지로 일반 스프링의 형태로 마련되기 보다는 토션 스프링(Torsion Spring)의 형태로 마련되어야 제1 중절골 링크(122)와 제2 중절골 링크(124) 사이의 각도를 증가시키거나 고정시킬 수 있다.
도 1, 도2 및 도 4를 참조하면, 중절골 바디(120)의 상측에 배치되고 기절골 바디(110)와 말절골 바디(130)를 상호 연결하는 제3 중절골 링크(128)를 더 포함한다. 구체적으로, 제3 중절골 링크(128)는 중절골 바디(120)의 상측에 배치되어 기절골 바디(110)와 말절골 바디(130)를 연결한다. 이때 제3 중절골 링크(128)의 일단부는 보조 브라켓(140)과 조인트 연결되고 타단부는 말절골 바디(130)와 조인트 연결된다. 이와 같이 연결된 제3 중절골 링크(128)는 손가락의 두번째 관절(MP Joint)과 세번째 관절(DIP Joint)의 움직임을 보조한다.
상기한 구성에 의하여 본 발명의 일 실시예에 따른 물체 형상 적응형 로봇 손가락 의지(100)는 손가락의 일부가 절단된 사용자의 기절부 부위만를 이용하여 굽힘 또는 폄 동작을 수행할 수 있을 뿐만 아니라 로봇 손가락 의지(100)가 다양한 형상의 물체(M)에 적응함으로써 물체(M)와 닿는 면적이 증가되어 보다 안정적으로 파지 동작을 수행할 수 있다.
이하, 도 5 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 물체 형상 적응형 로봇 손가락 의지(이하, '로봇 의지' 라 함, 100)의 동작 상태를 설명한다.
도 5는 도 1에 도시한 물체 형상 적응형 로봇 손가락 의지의 굽힘 및 폄 동작 메커니즘을 간략하게 나타낸 도면, 도 6은 도 5에 도시한 물체 형상 적응형 로봇 손가락 의지의 굽힘 및 폄 동작 메커니즘에 따른 굽힘 또는 폄 동작을 설명하기 위한 도면, 도 7은 도 1에 도시한 물체 형상 적응형 로봇 손가락 의지의 파지 동작 메커니즘을 간략하게 나타낸 도면, 도 8은 도 7에 도시한 물체 형상 적응형 로봇 손가락 의지의 파지 동작 메커니즘에 따른 파지 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 내지 도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 손가락 의지(100)는 크게 손가락의 두 가지 동작, 즉 손가락의 굽힘 또는 폄 동작과 물체를 파지하기 위한 파지 동작을 수행할 수 있다. 상기한 바와 같이 로봇 손가락 의지(100)는 절단된 손가락의 기절골 부위에 착용하여 기절골 부위를 동력으로 사용한다. 이러한 로봇 손가락 의지(100)는 5절 링크 구조를 기반으로 하되 로봇 손가락 의지(100)가 물체(M)에 접촉되지 않은 상태에서 이루어지는 굽힘 또는 폄 동작에 관여하는 링크와, 로봇 손가락 의지(100)가 물체(M)에 접촉된 상태에서 이루어지는 물체(M)의 파지 동작을 관여하는 링크가 동작하는 것과 상이하다.
상기와 같은 내용에 대하여 도 5를 참조하여 로봇 손가락 의지(100)의 메커니즘을 설명하고, 도 6을 참조하여 로봇 손가락 의지(100)의 굽힘 또는 폄 동작에 대하여 설명한다.
먼저, 도 5을 참조하면, 로봇 손가락 의지(100)은 5절 링크(5-bar link)의 동작을 기반으로 한다. 5절 링크 동작을 위해서 기절골 바디(110), 중절골 바디(120), 말절골 바디(130), 제1 기절골 링크(112), 제2 기절골 링크(114), 제1 중절골 링크(122) 및 제2 중절골 링크(124)가 관여된다.
제1 기절골 링크(112) 및 제1 중절골 링크(122)는 손가락의 손바닥에 해당하는 부재로서, 물체(M)와 직접적으로 접촉하는 링크이다. 이때, 제1 기절골 링크(112) 및 제1 중절골 링크(122) 각각의 연결부(Joint) 부분에는 제2 기절골 링크(114)와 기절골 탄성부재(116) 및 제2 중절골 링크(124)와 중절골 탄성부재(126)가 마련된다. 손가락의 첫번째 관절(MP Joint)은 고정된 부분이며 손바닥 고정부(150)와 기절골 바디(110) 사이의 연결부를 지칭한다. 또한, 손가락의 두번째 관절(PIP Joint)은 기절골 바디(110)와 중절골 바디(120) 사이의 연결부를 지칭하며, 손가락의 세번째 관절(DIP Joint)는 중절골 바디(120)와 말절골 바디(130) 사이의 연결부를 지칭한다.
도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 물체(M)와 직접적으로 접촉되지 않는 단순한 굽힘 또는 폄 동작에서는 제1 기절골 링크(112) 및 제1 중절골 링크(122)의 연결부 각각에 마련된 기절골 탄성부재(116), 중절골 탄성부재(126), 제2 기절골 링크(114) 및 제2 중절골 링크(124)로 인하여 제1 기절골 링크(112) 및 제1 중절골 링크(122)가 고정된다. 이때, 손바닥 고정부(150)와 기절골 바디(110) 사이 및 기절골 바디(110)와 중절골 바디(120) 사이에는 가상 링크(Virtual link)가 형성된다. 제1 기절골 링크(112) 및 제1 중절골 링크(122)가 고정됨에 따라 가상 링크(Virtual link)도 고정된 상수값을 가지게 되므로 로봇 손가락 의지(100)은 4절 링크(4-bar link) 동작이 구현되어 굽힘 또는 폄 동작을 수행하게 된다. 여기서, 제1 기절골 링크(112)가 고정된다는 것은 기절골 탄성부재(116) 및 기구적 각도 제한요소에 의하여 제1 기절골 링크(112)와 제2 기절골 링크(114) 사이의 각도가 제한된다는 것이고, 제2 기절골 링크(122)가 고정된다는 것은 중절골 탄성부재(126)에 의하여 기구적 각도 제한요소가 가지고 있는 각도로 제1 중절골 링크(122)와 제2 중절골 링크(124) 사이의 각도가 제한된다는 것이다. 이에 따라, 로봇 손가락 의지(100)가 굽힙 또는 폄 동작을 수행하게 되면, 제1 기절골 링크(112)와 제2 기절골 링크(114) 사이에 마련된 기절골 탄성부재(116) 및 기구적 각도 제한요소에 의하여 기절골 바디(110)와 중절골 바디(120)의 연결부, 즉 두번째 관절(PIP Joint)가 접히게 된다. 또한, 제1 중절골 링크(122)와 제2 중절골 링크(124) 사이에 마련된 중절골 탄성부재(126)와 기구적 각도 제한요소에 의하여 중절골 바디(120)와 말절골 바디(130)의 연결부, 즉 세번째 관절(DIP Joint)가 접히게 된다. 이에 따라, 로봇 손가락 의지(100)가 일반적인 손가락과 같은 굽힙 동작을 수행할 수 있게 된다.
도 5, 도 7 및 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 손가락 의지(100)의 파지 동작을 설명한다.
제1 기절골 링크(112) 및 제1 중절골 링크(122)에 외력이 가해지면 제1 기절골 링크(112) 및 제1 중절골 링크(122) 사이의 각도가 벌어지고, 이때 가상 링크(Virtual link)가 형성된다. 다시 말해서, 제1 기절골 링크(112) 및 제1 중절골 링크(122) 사이의 각도가 벌어지면, 형성된 가상 링크(Virtual link)도 길어지며 이로 인해 손가락의 첫번째 관절(PIP Joint) 및 세번째 관절(DIP Joint)가 회전되어 물체(M)의 포락선에 적응할 수 있게 된다. 여기서, 제1 기절골 링크(112)의 각도가 벌어진다는 것은 제1 기절골 링크(112)와 제2 기절골 링크(114) 사이의 기절골 탄성부재(116)에 외력이 가해져 제1 기절골 링크(112)와 제2 기절골 링크(114) 사이의 각도가 벌어진다는 것이고, 제1 중절골 링크(122)의 각도가 벌어진다는 것은 제1 중절골 링크(122)와 제2 중절골 링크(124) 사이의 중절골 탄성부재(126)에 외력이 가해져 제1 중절골 링크(122)와 제2 중절골 링크(124) 사이의 각도가 벌어진다는 것이다.
도 8의 a-b를 참조하면, 로봇 손가락 의지(100)는 물체(M)에 접촉할 때까지 4절 링크(4-bar link)동작을 수행한다. 로봇 손가락 의지(100)가 물체를 집기 위한 파지 동작을 수행하게 되면, 도 8의 c-d에 도시한 바와 같이, 제1 기절골 링크(112) 및 제2 기절골 링크(122)가 물체(M)에 접촉하여 눌려지게 된다. 그러면 제1 기절골 링크(112) 및 제1 중절골 링크(122)에 외력이 가해지고, 이로 인하여 제1 기절골 링크(112)와 제2 기절골 링크(114) 사이의 각도가 증가하고, 제1 중절골 링크(122)와 제2 중절골 링크(124) 사이의 각도가 증가한다. 제1 기절골 링크(112)와 제1 중절골 링크(122)가 눌려지면 제2 기절골 링크(114)가 중절골 바디(120)에 힘을 가하여 중절골 바디(120)가 안쪽으로 접히게 된다. 연속적으로 중절골 마디(120)가 물체(M)에 접촉되고 나면, 제2 중절골 링크(124)가 말절골 바디(130)에 힘을 가하여 말절골 바디(130)가 안쪽으로 접히게 된다. 이때, 제2 중절골 링크(124)와 연결된 제3 중절골 링크(128)에 의해 말절골 바디(130)의 접힘 동작을 용이하게 한다. 따라서, 물체(M)의 외형에 맞게 로봇 손가락 의지(100)의 접촉 부의의 면적이 증가되어 물체(M)를 안정적으로 파지할 수 있게 된다.
이상 도 1 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 로봇 손가락 의지를 설명하였다. 이하에서는 도 9 내지 도 22를 참조하여 본 발명의 다른 실시 예에 따른 로봇구동기구 및 그 구동방법을 설명하기로 한다.
도 9는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 로봇구동기구의 관절(link)을 설명하기 위한 도면이고, 도 10은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 로봇구동기구의 단면도 및 사시도를 도시하고, 도 11은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 로봇구동기구의 분해 사시도를 도시한다.
도 9 내지 도 11을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 로봇구동기구(1000)는 제1 링크부(1100), 제2 링크부(1200) 및 제3 링크부(1300)를 포함할 수 있다. 상기 제1 링크부(1100), 제2 링크부(1200) 및 제3 링크부(1300)는 서로 적층(stack)될 수 있으며, 액츄에이터(actuator; M)를 통하여 A 노드에서 구동력을 제공받음으로써, 굽힘, 폄, 및 파지 동작을 수행할 수 있다. 이하 각 구성에 대하여 상술하기로 한다.
제1 링크부(1100)
상기 제1 링크부(1100)는 액츄에이터(M)를 통하여 구동력(F)을 제공받으며, 물체 파지에 따라 길이가 제어되는 제1 입력 링크(1110)를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 제1 링크부(1100)의 일 단은, 상기 액츄에이터(M)와 커넥터(C)를 매개로 연결될 수 있다.
상기 제1 입력 링크(1110)는 A 노드를 통하여 액츄에이터(M)로부터 구동력(F)을 제공받을 수 있다. 상기 제1 입력 링크(1110)는 액츄에이터(M)로부터 구동력(F)에 의하여 x 축 방향으로 이동함으로써, A 노드로부터 제공받은 구동력(F)을 C1 노드로 전달할 수 있다. 이에 따라, 후술할 파지 링크가 회전하여 물체를 파지할 수 있다.
상기 제1 입력 링크(1110)는 길이가 가변할 수 있다. 이를 위하여, 상기 제1 입력 링크(1110)는 상기 제1 입력 링크(1110)의 일 측에 제1 탄성부(1112)를 포함할 수 있다. 상기 액츄에이터(M)가 상기 A 노드를 미는 경우, 상기 제1 탄성부(1112)가 수축함으로써, 상기 제1 입력 링크(1110)의 길이는 짧아질 수 있다. 상기 제1 탄성부(1112)가 수축된 이후에, 액츄에이터(M)로부터의 구동력이 제거되는 경우, 상기 제1 탄성부(1112)가 복원함으로써, 상기 제1 입력 링크(1110)의 길이는 길어질 수 있다. 이로써, 상기 제1 입력 링크(1110)는 상기 제1 탄성부(1112)의 수축 및 복원에 의하여 길이가 제어될 수 있다. 상기 제1 탄성부(1112)의 구체적인 기능에 대해서는 후술하기로 한다.
상기 제1 링크부(1110)는 제1 측변 링크(1132), 제1 상변 링크(1134) 및 제1 파지 링크(1142)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 제1 측변 링크(1132), 제1 상변 링크(1134) 및 제1 파지 링크(1142)는 삼각형을 이루는 3절 링크로 구성될 수 있으며, 제1 출력 링크로 호칭될 수 있다.
상기 제1 측변 링크(1132)는, B 노드와 C1' 노드를 연결하는 링크를 의미할 수 있다. 상기 제1 측변 링크(1132)는 상기 액츄에이터(M)로부터의 구동력(F)을 C1 노드를 통하여 제공받을 수 있다. 즉, 상기 제1 입력 링크(1110)가 X 축 방향으로 상기 C1 노드를 미는 경우, 상기 제1 측변 링크(1132)는 시계 방향으로 회전함으로써, 구동력(F)을 제1 상변 링크(1134)로 전달할 수 있다.
상기 제1 상변 링크(1134)는 C1' 노드와 D 노드를 연결하는 링크를 의미할 수 있다. 상기 제1 상변 링크(1134)는 상기 제1 측변 링크(1132)로부터 구동력(F)을 제공받아, 상기 제1 파지 링크(1142)로 전달할 수 있다.
상기 제1 파지 링크(1142)는, B 노드와 B 노드를 연결하는 링크를 의미할 수 있다. 즉, 상기 제1 파지 링크(1142)의 노드는 상기 제1 측변 링크(1132) 및 제1 상변 링크(1134) 각각의 일 노드와 공유될 수 있다. 상기 제1 파지 링크(1142)는 상기 제1 상변 링크(1134)로부터 전달되는 구동력(F)에 의하여 B 노드를 중심으로 시계 방향으로 회전(θ1)할 수 있다. 이로써, 상기 제1 파지 링크(1142)는 상기 제1 파지 링크(1142)의 하 측에 위치하는 물체를 파지할 수 있도록 회전할 수 있다. 만약, 구동력(F)가 제거되는 경우, 상기 제1 파지 링크(1142)는 반 시계 방향으로 복원될 수 있다.
제2 링크부(1200)
상기 제2 링크부(1200)는 액츄에이터(M)를 통하여 구동력(F)을 제공받으며, 물체 파지에 따라 길이가 제어되는 제2 입력 링크(1210)를 포함할 수 있다. 상기 제2 링크부(1200)의 일 단도 상기 커넥터(C)를 매게로 상기 액츄에이터(M)와 연결될 수 있다.
상기 제2 입력 링크(1210)는 A 노드를 통하여 액츄에이터(M)로부터 구동력(F)을 제공받을 수 있다. 상기 제2 입력 링크(1210)는 액츄에이터(M)로부터 구동력(F)에 의하여 x 축 방향으로 이동함으로써, A 노드로부터 제공받은 구동력(F)을 C2 노드로 전달할 수 있다. 이에 따라, 후술할 파지 링크가 회전하여 물체를 파지할 수 있다.
상기 제2 입력 링크(1210)는 길이가 가변할 수 있다. 이를 위하여, 상기 제2 입력 링크(1210)는 상기 제1 입력 링크(1210)의 일 측에 제1 탄성부(1212)를 포함할 수 있다. 상기 액츄에이터(M)가 상기 A 노드를 미는 경우, 상기 제2 탄성부(1212)가 수축함으로써, 상기 제2 입력 링크(1210)의 길이는 짧아질 수 있다. 상기 제2 탄성부(1212)가 수축된 이후에, 액츄에이터(M)로부터의 구동력이 제거되는 경우, 상기 제2 탄성부(1212)가 복원함으로써, 상기 제2 입력 링크(1210)의 길이는 길어질 수 있다. 이로써, 상기 제2 입력 링크(1210)는 상기 제2 탄성부(1212)의 수축 및 복원에 의하여 길이가 제어될 수 있다. 이 때, 상기 제2 입력 링크(1210)의 제2 탄성부(1212)는 상기 제1 입력 링크(1110)의 제1 탄성부(1112) 보다 길 수 있다. 상기 제2 탄성부(1212)의 기능에 대해서는 후술하기로 한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 입력 링크(1210)는 상기 제1 입력 링크(1110)에 구동력(F)을 제공하는 액츄에이터(M)와 동일한 액츄에이터(M)로부터 구동력(F)을 함께 제공받을 수 있다. 즉, 상기 제1 및 제2 입력 링크(1110, 1210)는 단일의 액츄에이터(M)로부터 구동력(F)을 동시에 제공받을 수 있다.
상기 제2 링크부(1200)는 제2 전달 링크부 및 제2 출력 링크부를 포함할 수 있다.
상기 제2 전달 링크부는, 제2-1 측변 링크(1232), 제2-1 상변 링크(1234), 제2-2 측변 링크(1236), 제2-2 상변 링크(1238), 제2-3 측변 링크(1240), 제2 하변 링크(1242)를 포함할 수 있다.
상기 제2-1 측변 링크(1232)는 B 노드와 C2' 노드를 연결하는 링크이며, 상기 제2-1 상변 링크(1234)는 C2' 노드와 E2 노드를 연결하는 링크이며, 상기 제2-2 측변 링크(1236)는 E2' 노드와 D' 노드를 연결하는 링크이며, 상기 제2-2 상변 링크(1238)는 E2' 노드와 F2 노드를 연결하는 링크이며, 상기 제2-3 측변 링크(1240)는 F2 노드와 D 노드를 연결하는 링크이며, 상기 제2 하변 링크(1242)는 B 노드와 D 노드를 연결하는 링크를 의미할 수 있다.
이에 따라, 상기 제2-1 측변 링크(1232), 상기 제2-1 상변 링크(1234), 상기 제2-2 측변 링크(1236), 상기 제2-2 상변 링크(1238), 상기 제2-3 측변 링크(1240), 상기 제2 하변 링크(1242)는 2단 4절 링크를 구성할 수 있다.
액츄에이터(M)로부터의 구동력(F)은 제2 입력 링크(1210)를 통하여 상기 제2-1 측변 링크(1232)의 노드 C2로 전달될 수 있다. 구동력(F)이 상기 제2-1 측변 링크(1232)로 제공되는 경우, 구동력(F)은 상기 제2-1 상변 링크(1234), 상기 제2-2 측변 링크(1236), 상기 제2-2 상변 링크(1238), 상기 제2-3 측변 링크(1240)를 거쳐서 상기 제2 하변 링크(1242)로 전달될 수 있다. 이에 따라, 제2 하변 링크(1242)는 시계 방향으로 회전(θ1)할 수 있다. 이로써, 상기 제2 하변 링크(1242)는 상기 제2 하변 링크(1242)의 하 측에 위치하는 물체를 파지할 수 있도록 회전할 수 있다. 만약, 구동력(F)가 제거되는 경우, 상기 제2 하변 링크(1242)는 반 시계 방향으로 복원할 수 있다.
상기 제2 링크부(1200)는 상기 제2 전달 링크부의 +X 축 방향으로 제2 출력 링크부를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 출력 링크부는, 제2-3 상변 링크(1244) 및 제2 파지 링크(1246)를 포함할 수 있다.
상기 제2-3 상변 링크(1244)는 F2 노드와 G 노드를 연결하는 링크를 의미할 수 있다. 상기 제2-3 상변 링크(1244)는 상기 제2-3 측변 링크(1240)로부터 구동력(F)을 전달받아, 상기 제2 파지 링크(1246)로 전달할 수 있다.
상기 제2 파지 링크(1246)는, D 노드와 G 노드를 연결하는 링크를 의미할 수 있다. 즉, 상기 제2 파지 링크(1246)의 노드는 상기 제2-3 측변 링크(1240) 및 상기 제2-3 상변 링크(1244) 각각의 일 노드와 공유될 수 있다. 상기 제2 파지 링크(1246)는 상기 제2 전달 링크부, 보다 구체적으로는 제2-3 측변 링크(1240)로부터 전달되는 구동력(F)에 의하여 D 노드를 중심으로 시계 방향으로 회전(θ2) 할 수 있다. 이로써, 상기 제2 파지 링크(1246)는 상기 제2 파지 링크(1246)의 하 측에 위치하는 물체를 파지할 수 있도록 회전할 수 있다. 만약, 구동력(F)가 제거되는 경우, 상기 제2 파지 링크(1246)는 반 시계 방향으로 복원할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 파지 링크(1142)와 상기 제2 하변 링크(1242)는 B 노드를 중심으로 서로 동일한 각도(θ1)로 함께 회전하여 물체를 파지하며, 상기 제2 파지 링크(1246)는 D 노드를 중심으로 회전(θ2)하여 물체를 파지할 수 있다. 이 때, X 축을 기준으로 회전하는 각도는 θ2 ≥ θ1의 관계를 가질 수 있다. 이로써, 손가락과 유사한 형태의 동작이 가능하게 된다.
제3 링크부(1300)
상기 제3 링크부(1300)는 액츄에이터(M)를 통하여 구동력(F)을 제공받으며, 길이가 일정한 제3 입력 링크(1310)를 포함할 수 있다. 상기 제3 링크부(1300)의 일 단도 상기 커넥터(C)를 매개로 상기 액츄에이터(M)와 연결될 수 있다. 즉, 상기 액츄에이터(M)로부터의 구동력(F)은 상기 커넥터(C)를 거쳐 상기 제1 내지 제3 링크부(1100, 1200, 1300)로 동시에 전달될 수 있는 것이다(도 10(b) 참조).
상기 제3 입력 링크(1310)는 A 노드를 통하여 액츄에이터(M)로부터 구동력(F)을 제공받을 수 있다. 상기 제3 입력 링크(1310)는 액츄에이터(M)로부터 구동력(F)에 의하여 x 축 방향으로 이동함으로써, A 노드로부터 제공받은 구동력(F)을 C3 노드로 전달할 수 있다. 이에 따라, 후술할 파지 링크가 회전하여 물체를 파지할 수 있다.
상기 제3 입력 링크(1310)는 길이가 일정할 수 있다. 즉, 상술한 제1 및 제2 입력 링크(1110, 1210)와 달리 길이가 일정할 수 있다. 상기 제3 입력 링크(1310)의 길이가 일정하기 때문에, 제3 링크부(1300)의 파지 링크가 물체를 보다 강한 힘으로 파지할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제3 입력 링크(1310)는 상기 제1 입력 링크(1110) 및 제2 입력 링크(1210)에 구동력(F)을 제공하는 액츄에이터(M)와 동일한 액츄에이터(M)로부터 구동력(F)을 함께 제공받을 수 있다. 즉, 상기 제1 내지 제3 입력 링크(1110, 1210, 1310)는 단일의 액츄에이터(M)로부터 구동력(F)을 동시에 제공받을 수 있다.
상기 제3 링크부(1300)는 제3 전달 링크부 및 제3 출력 링크부를 포함할 수 있다.
상기 제3 전달 링크부는, 제3 전단 전달 링크부 및 제3 후단 전달 링크부를 포함할 수 있다.
상기 제3 전단 전달 링크부는, 제3-1 측변 링크(1332), 제3-1 상변 링크(1334), 제3-2 측변 링크(1336), 제3-2 상변 링크(1338), 제3-3 측변 링크(1340), 제3-1 하변 링크(1342)를 포함할 수 있다.
상기 제3-1 측변 링크(1332)는 B 노드와 C2' 노드를 연결하는 링크이며, 상기 제3-1 상변 링크(1234)는 C2' 노드와 E2 노드를 연결하는 링크이며, 상기 제3-2 측변 링크(1336)는 E2' 노드와 D' 노드를 연결하는 링크이며, 상기 제3-2 상변 링크(1338)는 E2' 노드와 F2 노드를 연결하는 링크이며, 상기 제3-3 측변 링크(1340)는 F2 노드와 D 노드를 연결하는 링크이며, 상기 제3-1 하변 링크(1242)는 B 노드와 D 노드를 연결하는 링크를 의미할 수 있다.
이에 따라, 상기 제3-1 측변 링크(1332), 상기 제3-1 상변 링크(1334), 상기 제3-2 측변 링크(1336), 상기 제3-2 상변 링크(1338), 상기 제3-3 측변 링크(1340), 상기 제3-1 하변 링크(1342)는 2단 4절 링크를 구성할 수 있다.
액츄에이터(M)로부터 구동력(F)이 제3 입력 링크(1310)를 통하여 상기 제3-1 측변 링크(1332)의 C3 노드에 제공되는 경우, 구동력(F)은 상기 제3-1 상변 링크(1334), 상기 제3-2 측변 링크(1336), 상기 제3-2 상변 링크(1338), 상기 제3-3 측변 링크(1340)를 거쳐서 상기 제3-1 하변 링크(1342)로 전달될 수 있다. 이에 따라, 제3-1 하변 링크(1342)는 시계 방향으로 회전(θ1)할 수 있다. 이로써, 상기 제3-1 하변 링크(1342)는 상기 제3-1 하변 링크(1342)의 하 측에 위치하는 물체를 파지할 수 있도록 회전할 수 있다. 만약, 구동력(F)가 제거되는 경우, 상기 제3-1 하변 링크(1242)는 반 시계 방향으로 복원할 수 있다.
상기 제3 링크부(1200)는 제3 전단 전달 링크부의 +X 축 방향으로 제3 후단 전달 링크부를 더 포함할 수 있다.
상기 제3 후단 전달 링크부는 상기 제3-3 측변 링크(1340), 제3-3 상변 링크(1344), 제3-4 측변 링크(1345), 제3-2 하변 링크(1346)를 포함할 수 있다.
상기 제3-3 측변 링크(1340)는, 앞서 설명한 바와 같이, D 노드와 F3' 노드를 연결하는 링크이며, 상기 제3-3 상변 링크(1344)는 F3'와 H3 노드를 연결하는 링크이며, 상기 제3-4 측변 링크(1345)는 H3 노드와 G 노드를 연결하는 노드이며, 상기 제3-2 하변 링크(1346)는 B 노드와 G 노드를 연결하는 노드를 의미할 수 있다.
이에 따라, 상기 제3-3 측변 링크(1340), 상기 제3-3 상변 링크(1344), 상기 제3-4 측변 링크(1345), 상기 제3-2 하변 링크(1346)는 1단 4절 링크를 구성할 수 있다.
상기 액츄에이터(M)를 통한 구동력은, 제3-1 측벽 링크(1332), 제3-1 상변 링크(1334), 제3-2 측벽 링크(1336), 제3-2 상변 링크(1338)를 통하여 상기 제3-3 측벽 링크(1340)로 전달될 수 있다. 상기 제3-3 측벽 링크로 전달된 구동력은, 제3-3 상변 링크(1344), 상기 제3-4 측벽 링크(1345)를 통하여, 상기 제3-2 하변 링크(1346)로 전달될 수 있다. 이에 따라, 상기 제3-2 하변 링크(1346)는 시계 방향으로 회전(θ2)할 수 있다. 이로써, 상기 제3-2 하변 링크(1346)는 상기 제3-2 하변 링크(1346) 하 측에 위치한 물체를 파지할 수 있다. 만약, 구동력(F)가 제거되는 경우, 상기 제3-2 하변 링크(1346)는 반 시계 방향으로 복원할 수 있다.
상기 제3 링크부(1300)는 상기 제3 후단 전달 링크부의 +X 축 방향으로 제3 출력 링크부를 포함할 수 있디.
상기 제3 출력 링크부는, 제3-4 상변 링크(1348) 및 제3 파지 링크(1350)를 포함할 수 있다.
상기 제3-4 상변 링크(1348)는 H3 노드와 I 노드를 연결하는 링크를 의미할 수 있다. 상기 제3-4 상변 링크(1348)는 상기 제3-4 측벽 링크(1345)로부터 구동력(F)을 전달받아, 제3 파지 링크(1350)로 전달할 수 있다.
상기 제3 파지 링크(1350)는, G 노드와 I 노드를 연결하는 링크를 의미할 수 있다. 즉, 상기 제3 파지 링크(1350)의 노드는 상기 제3-4 측변 링크(1345) 및 상기 제3-4 상변 링크(1348) 각각의 일 노드와 공유될 수 있다. 상기 제3 파지 링크(1350)는 상기 제3 전달 링크부, 보다 구체적으로는 제3-4 측벽 링크(1345)로부터 전달되는 구동력(F)에 의하여 G 노드를 중심으로 시계 방향으로 회전(θ3)할 수 있다. 이로써, 상기 제3 파지 링크(1350)는 상기 제3 파지 링크(1350)의 하 측에 위치하는 물체를 파지하도록 회전할 수 있다. 만약 구동력(F)가 제거되는 경우, 상기 제3 파지 링크(1350)는 반 시계 방향으로 복원할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 파지 링크(1142), 제2 하변 링크(1242), 제3-1 하변 링크(1342)는 B 노드를 중심으로 서로 동일한 각도(θ1)로 함께 회전하여 물체를 파지할 수 있다. 또한, 상기 제2 파지 링크(1246) 및 상기 제3-2 하변 링크(1346)는 D 노드를 중심으로 서로 동일한 각도(θ2)로 함께 회전하여 물체를 파지할 수 있다. 또한, 상기 제3 파지 링크(1350)는 G 노드를 중심으로 회전(θ3)하여 물체를 파지할 수 있다. 이 때, X 축을 기준으로 회전하는 각도는 θ3 ≥ θ2 ≥ θ1의 관계를 가질 수 있다. 이로써, 손가락과 유사한 형태의 동작이 가능하게 된다.
이상 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 내지 제3 링크부(1100, 1200, 1300)를 설명하였다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 내지 제3 링크부(1100, 1200, 1300)는 서로 적층될 수 있다.
상기 제1 링크부(1100)의 제1 입력 링크(1110), 상기 제2 링크부(1200)의 제2 입력 링크(1210) 및 상기 제3 링크부(1300)의 제3 입력 링크(1310)는 서로 적층될 수 있으며, 이 때, 제1 입력 링크(1110)의 A 노드, 제2 입력 링크(1210)의 A 노드, 제3 입력 링크(1310)의 A 노드는 서로 공유될 수 있다. 이 때, 노드가 공유된다 함은, 동축(co-axial)을 구성한다는 의미로 이해될 수 있다. A 노드가 공유됨에 따라, 액츄에이터로부터의 구동력이 제1 내지 제3 입력 링크(1110, 1210, 1310)로 동시에 제공될 수 있다.
상기 제1 링크부(1100)의 제1 출력 링크, 상기 제2 링크부(1200)의 제2 전달 링크부 및 상기 제3 링크부(1300)의 제3 전단 전달 링크부는 서로 중첩하여 적층될 수 있다.
상기 제1 링크부(1100)의 제1 파지 링크(1142)의 적어도 하나의 노드는 상기 제2 링크부(1200)의 제2 전달 링크부 및 상기 제3 링크부(1300)의 전단 전달 링크부와 공유될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 링크부(1100)의 제1 파지 링크(1142)의 B 노드, 상기 제2 링크부(1200)의 제2 하변 링크(1242)의 B 노드, 상기 제3 링크부(1300)의 제3-1 하변 링크(1342)의 B 노드는 서로 공유될 수 있다. 다른 관점에서, B 노드는 상기 액츄에이터가 마련되는 베이스(1020)의 일 단 노드와 공유될 수 있다(도 10(a) 참조).
또한, 상기 제1 링크부(1100)의 제1 파지 링크(1142)의 D 노드, 상기 제2 링크부(1200)의 제2 하변 링크(1242)의 D 노드, 상기 제3 링크부(1300)의 제3-1 하변 링크(1342)의 D 노드는 서로 공유될 수 있다. 이를 위하여, 제1 파지 링크(1142), 제2 하변 링크(1242) 및 제3-1 하변 링크(1342)는 서로 동일한 길이(L1)를 가질 수 있다. 제1 내지 제3 링크부(1100, 1200, 1300)의 B 노드 및 D 노드가 공유됨으로써, 상기 제1 파지 링크(1142), 제2 하변 링크(1242) 및 제3-1 하변 링크(1342)는 함께 시계 방향으로 회전(θ1) 할 수 있다.
상기 제2 링크부(1200)의 제2 출력 링크부 및 상기 제3 링크부의 제3 후단 전달 링크부는 서로 중첩하여 적층될 수 있다. 상기 제2 링크부(1200)의 제2 파지 링크(1246)의 적어도 하나의 노드는 상기 제3 링크부(1300)의 제3 후단 전달 링크부와 공유될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 링크부(1200)의 제2 파지 링크(1246)의 D 노드는 상기 제3 링크부(1300)의 제3-2 하변 링크(1346)(즉 제3-1 하변 링크(1342))의 D 노드와 공유될 수 있고, 상기 제2 링크부(1200)의 제2 파지 링크(1246)의 G 노드는 상기 제3 링크부(1300)의 제3-2 하변 링크(1346)(즉 제3 파지 링크(1350))의 G 노드와 공유될 수 있다. 이를 위하여, 제2 파지 링크(1246) 및 제3-2 하변 링크(1346)은 서로 동일한 길이(L2)를 가질 수 있다. 상기 제2 파지 링크(1246) 및 상기 제3-2 하변 링크(1346)의 D 노드와 G 노드가 공유됨으로써, 상기 제2 파지 링크(1246) 및 상기 제3-2 하변 링크(1346)는 함께 시계 방향 회전(θ2)할 수 있다.
이상, 도 9 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 제1 실시 예에 따른 로봇구동기구의 관절을 설명하였다. 이하에서는 도 12 및 도 13을 참조하여 본 발명의 제1 실시 예에 따른 로봇구동기구의 굽힘 및 폄 동작 실험결과를 설명하기로 한다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 로봇구동기구의 굽힘 및 폄 동작 실험결과를 도시한다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 로봇구동기구(1000)의 제1 파지 링크(1142), 제2 파지 링크(1242) 및 제3 파지 링크(1342)는 X축과 평행한 초기 상태를 가질 수 있다. 이 때, 액츄에이터(M)로부터 외력(F)이 A 노드에 가해지는 경우, 각 링크부가 시계 방향으로 회전할 수 있다. 예를 들어, 제1 파지 링크(1142), 제2 파지 링크(1242) 및 제3 파지 링크(1342)는 시계 방향으로 회전할 수 있다. 이 때, 액츄에이터(M)가 X 축 방향으로 소정 거리 이동하였을 때, 상기 제1 파지 링크(1142)는 -90도(도 9의 θ1), 제2 파지 링크(1242)는 -180도(도 9의 θ2), 제3 파지 링크(1342)는 -270도(도 9의 θ3) 회전할 수 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 액츄에이터(M)가 +X 축 방향으로 20mm 이동한 경우, 상기 제1 파지 링크(1142)는 -90도, 제2 파지 링크(1242)는 -180도, 제3 파지 링크(1342)는 -270도 회전할 수 있다. 반대로, 액츄에이터(M)가 +20mm 변위에서 -X 축 방향으로 이동하여 0 mm 변위로 이동하는 경우, 상기 제1 파지 링크(1142), 제2 파지 링크(1242) 및 제3 파지 링크(1342)는 초기 상태 0도로 복원할 수 있다.
따라서, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 로봇구동기구는 굽힘 및 폄 동작을 수행할 수 있다.
이하에서는 도 14 내지 도 16을 참조하여 본 발명의 제1 실시 예에 따른 로봇구동기구의 파지 동작을 설명하기로 한다.
도 14 내지 도 16은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 로봇구동기구의 파지 동작을 설명하기 위한 도면이다. 보다 구체적으로 도 14 내지 도 16은 도 9의 B 노드를 중심으로 상세도를 도시한다. 설명의 편의를 위하여, 측변 링크와 파지 링크 사이의 일부 링크들은 도시하지 않았다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 파지 동작을 설명함에 있어서 설명의 편의를 위하여, 도 9 내지 도 11을 함께 참조하기로 한다.
본 발명의 제1 실시 예에 따른 로봇구동기구는 물체의 외형에 능동적으로 적응하여 정확 파지를 수행할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 링크부(1100)의 제1 파지 링크(1142)가 물체를 파지한 상태에서, 상기 액츄에이터(M)를 통하여 상기 제1 입력 링크(1110)에 구동력(F)이 계속적으로 제공되는 경우, 제1 탄성부(1112)가 수축하므로 상기 제1 입력 링크(1110)의 길이가 짧아지게 된다. 즉, A 노드와 B 노드까지의 X 축 방향 거리는 D0에서 D1으로 감소하게 된다. 이 때, 상기 제2 링크부(1200)의 상기 제2 파지 링크(1246)는, 상기 제1 입력 링크(1110)의 길이가 짧아지는 경우에도, 상기 제2 파지 링크(1246)가 상기 물체를 파지하도록 회전할 수 있다.
또한, 상기 제2 링크부(1200)의 제2 파지 링크(1246)가 물체를 파지한 상태에서, 상기 액츄에이터(M)를 통하여 상기 제2 입력 링크(1210)에 구동력이 계속적으로 제공되는 경우, 상기 제2 탄성부(1212)가 수축하므로 상기 제2 입력 링크(1210)의 길이가 짧아지게 된다. 이 때, 상기 제3 링크부(1300)의 제3 파지 링크(1350)는, 상기 제1 및 제2 입력 링크(1110, 1210)의 길이가 짧아지는 경우에도, 상기 제3 파지 링크(1350)가 상기 물체를 파지도록 회전할 수 있다.
보다 구체적인 설명을 위하여, 도 14를 참조하면, 외력이 없던 초기 상태(점선 참조)에서 외력이 가해진 상태(실선 참조)로 변형이 발생할 수 있다. 구체적으로, A 노드에 액츄에이이터를 통하여 외력 F가 가해지면, A 노드는 O 위치에서 X 축 방향으로 이동하게 된다. 즉, 상기 제1 내지 제3 입력 링크(1110, 1210, 1310)의 A 노드는 X 축 방향으로 이동하게 된다. 이에 따라, 상기 제1 입력 링크(1110)의 C1 노드, 제2 입력 링크(1210)의 C2 노드, 제3 입력 링크(1310)의 C3 노드는 각각 제1 측변 링크(1134), 제2-1 측변 링크(1234), 제3-1 측변 링크(1334)를 밀게 된다. 이로써, 상기 제1 측변 링크(1132), 제2-1 측변 링크(1232), 제3-1 측변 링크(1332)는 R 방향으로 회전하게 된다. 제1 측변 링크(1134)가 회전함에 따라, 중간 링크들(미도시)을 통하여 구동력이 전달되므로, 제1 파지 링크(1142)가 초기 상태(x 축 기준 각도 0도)에서 θ1 회전하게 된다. 또한, 제2-1 측벽 링크(1232)가 회전함에 따라, 제2 하변 링크(1242)가 초기 상태에서 θ1 회전하게 된다. 또한, 제3-1 측벽 링크(1332)가 회전함에 따라, 제3-1 하변 링크 (1342)가 초기 상태에서 θ1 회전하게 된다.
구동력이 가해짐에 따라, 공유 노드에 의하여 서로 간의 동작이 구속된 제1 파지 링크(1142), 제2 하변 링크(1242), 제3-1 하변 링크(1342)는 물체와 접촉하도록 시계 방향으로 함께 계속적으로 회전할 수 있다. 이에 따라, A 노드와 B 노드 간의 거리는 D1에서 D2로 감소할 수 있다. 제1 파지 링크(1142), 제2 하변 링크(1242), 제3-1 하변 링크(1342)에 물체가 파지(즉 접촉)되는 경우, 제1 파지 링크(1142), 제2 하변 링크(1242), 제3-1 하변 링크(1342)의 회전은 중단될 수 있다. 본 단계에 대한 상세한 설명은 도 15를 참조하기로 한다.
도 15를 참조하면, 제1 파지 링크(1142), 제2 하변 링크(1242), 제3-1 하변 링크(1342)에 물체가 파지된 상태에서는, 상기 액츄에이터(M)가 +X 축 방향으로 지속적으로 이동하더라도, 제1 파지 링크(1142), 제2 하변 링크(1242), 제3-1 하변 링크(1342)의 회전은 중단될 수 있다. 즉, 상기 제1 파지 링크(1142), 제2 하변 링크(1242), 제3-1 하변 링크(1342)는 물체를 파지한 상태로 유지될 수 있다.
상기 제1 파지 링크(1142), 제2 하변 링크(1242), 제3-1 하변 링크(1342)가 물체를 파지한 상태에서 액츄에이터(M)를 통하여 구동력(F)이 지속적으로 제공되는 경우, 제1 입력 링크(1110)의 길이가 짧아질 수 있다. 즉, 상기 제1 입력 링크(1110)의 제1 탄성부(1112)의 길이가 짧아질 수 있다. 상기 제1 입력 링크(1110)의 길이가 짧아짐으로써, 제2 입력 링크(1210) 및 제3 입력 링크(1310)는 추가적인 자유도를 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 입력 링크(1210)는 C2 노드를 추가적으로 밀 수 있고, 상기 제3 입력 링크(1310)는 C3 노드를 추가적으로 밀 수 있다. 따라서, 제1 파지 링크(1142)에 물체가 파지되었기 때문에, 제1 측벽 링크(1132)에는 회전 변위가 발생하지 않지만, 제2-1 측벽 링크(1232) 및 제3-1 측벽 링크(1332)는 시계 방향(R)으로 추가 회전할 수 있다.
상기 제2-1 측벽 링크(1232) 및 제3-1 측벽 링크(1332)가 추가적으로 회전 함에 따라, 제2 파지 링크(1246) 및 제3-2 하변 링크(1346)가 시계 방향(θ2)으로 회전할 수 있다. 즉, 제1 파지 링크(1142), 제2 하변 링크(1242), 제3-1 하변 링크(1342)가 물체를 파지하여 회전 변위가 더 이상 발생하지 않더라도, 제2 파지 링크(1246) 및 제3-2 하변 링크(1346)가 추가적으로 회전하여 물체를 파지하게 된다. 이후 지속적으로 액츄에이터(M)가 +X 축 방향으로 이동하는 경우, A 노드와 B 노드 간의 거리는 D2에서 D3로 감소하게 되며, 제2 파지 링크(1246) 및 상기 3-2 하변 링크(1346)가 물체와 접촉함에 따라 회전이 중단될 수 있다. 본 단계에 대한 상세한 설명은 도 16을 참조하기로 한다.
도 16을 참조하면, 제2 파지 링크(1246) 및 제3-2 하변 링크(1346)에 물체가 파지된 상태에서는, 상기 액츄에이터(M) +X 축 방향으로 지속적으로 이동하더라도, 제2 파지 링크(1246) 및 제3-2 하변 링크(1346)의 회전은 중단될 수 있다. 즉, 제2 파지 링크(1246) 및 제3-2 하변 링크(1346)은 물체를 파지한 상태로 유지될 수 있다.
상기 제2 파지 링크(1246) 및 상기 제3-2 하변 링크(1346)가 물체를 파지한 상태에서 액츄에이터(M)를 통하여 구동력(F)가 지속적으로 제공되는 경우, 상기 제1 입력 링크(1110) 및 제2 입력 링크(1210)의 길이가 짧아질 수 있다. 즉, 상기 제1 입력 링크(1110)의 제1 탄성부(1112)의 길이가 짧아질 수 있고, 상기 제2 입력 링크(1210)의 제2 탄성부(1212)의 길이가 짧아질 수 있다. 상기 제1 및 제2 입력 링크(1110, 1210)의 길이가 짧아짐으로써, 상기 제3 입력 링크(1310)는 추가적인 자유도를 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 제3 입력 링크(1310)는 C3 노드를 추가적으로 밀 수 있다. 따라서, 제2 파지 링크(1246)에 물체가 파지되었기 때문에, 제2-1 측벽 링크(1232)에는 회전 변위가 발생하지 않지만, 제3-1 측변 링크(1332)는 시계 방향(R)으로 추가 회전할 수 있다.
구동력(F)에 의하여 상기 제3-1 측벽 링크(1332)가 추가적으로 회전함에 따라, 상기 제3 파지 링크(1350)가 시계 방향(θ3)으로 회전할 수 있다. 즉, 제1 링크부(1100) 및 제2 링크부(1200)가 물체를 파지하여 더 이상의 회전 변위가 발생하지 않더라도, 제3 파지 링크(1350)는 추가적으로 회전하여 물체를 파지하게 된다.
상술한 본 발명의 제1 실시 예에 따르면, 제1 링크부 내지 제3 링크부(1100, 1200, 1300)는 각각의 링크부가 물체와 접촉함으로써, 물체를 파지할 수 있다. 이는, 제1 파지 링크(1142), 제2 하변 링크(1242), 제3-1 하변 링크(1342)가 물체와 접촉하는 경우, 제1 입력 링크(1110)의 길이가 줄어듦으로써, 제2 파지 링크(1246) 및 제3-2 하변 링크(1346)가 물체와 접촉하도록 추가적인 자유도가 제공되기 때문이다. 또한, 제2 파지 링크(1246) 및 제3-2 하변 링크(1346)가 물체와 접촉하는 경우, 제2 입력 링크(1210)의 길이가 줄어듦으로써, 제3 파지 링크(1350)가 물체와 접촉하도록 추가적인 자유도가 제공되기 때문이다.
이로써, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 로봇구동기구의 파지 동작을 설명하였다. 이하에서는 도 17 내지 도 19를 참조하여 본 발명의 제1 실시 예에 따른 로봇구동기구의 파지 동작을 설명하기로 한다.
도 17 내지 도 19는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 로봇구동기구의 파지 동작 실험결과를 도시한다.
도 17을 참조하면, 물체(Obj)를 파지하기 위하여, 액츄에이터(M)로부터 구동력(F)이 +X 축 방향으로 제공될 수 있다. 이에 따라, 제1 링크부 내지 제3 링크부(1100, 1200, 1300)이 시계 방향으로 회전할 수 있다. 회전에 따라, 제1 링크부(1100)의 제1 파지 링크(1142) 그리고 제1 파지 링크(1142)와 함께 회전하는 제2 링크부(1100)의 제2 하변 링크(1242), 제3 링크부(1300)의 제3-1 하변 링크(1342)가 물체(Obj)의 제1 접촉점(CT1)과 접촉할 수 있다. 도 18에 도시된 바와 같이, 액츄에이터(M)가 +X 축 방향으로 약 9mm 이동한 경우 즉 약-50도에 위치한 CT1에서 제1 접촉이 발생할 수 있다.
이후, 지속적으로 액츄에이터(M)가 +X 축 방향으로 이동하는 경우, 제1 입력 링크(1110)의 제1 탄성부(1112)가 수축할 수 있다. 도 19에 도시된 바와 같이, 제1 접촉(CT1) 이후에도 액츄에이터(M)가 +X 축 방향으로 이동하는 경우, 제1 입력 링크(1110)의 길이는 약43.5mm에서 줄어들 수 있다.
또한, 지속적으로 액츄에이터(M)가 +X 축 방향으로 이동하는 경우, 상기 제1 입력 링크(1110)의 길이가 수축함에 따라 제2 파지 링크(1246)와 제3-2 하변 링크(1346)가 시계 방향으로 회전함으로써, 제2 파지 링크(1246)와 제3-2 하변 링크(1346)가 물체(Obj)의 제2 접촉점(CT2)과 접촉할 수 있다. 도 18에 도시된 바와 같이, 액츄에이터(M)가 +X축 방향으로 약 10.5mm 이동한 경우, 즉 약-90도에 위치한 CT2에서 제2 접촉이 발생할 수 있다.
이후, 지속적으로 액츄에이터(M)가 +X 축 방향으로 이동하는 경우, 제1 입력 링크(1110)의 제1 탄성부(1112) 및 제2 입력 링크(1210)의 제2 탄성부(1212)가 수축할 수 있다. 도 19에 도시된 바와 같이, 제2 접촉(CT2) 이후에도 액츄에이터(M)가 +X 축 방향으로 이동하는 경우, 제1 입력 링크(1110)의 길이는 약42.8mm에서 줄어들 수 있다. 또한, 제2 입력 링크(1210)의 길이는 약 45.5mm에서 줄어들 수 있다.
또한, 지속적으로 액츄에이터(M)가 +X 축 방향으로 이동하는 경우, 상기 제1 및 제2 입력 링크(1110, 1210)의 길이가 수축함에 따라, 제3 파지 링크(1350)가 시계 방향으로 회전함으로써, 제3 파지 링크(1350)가 물체(Obj)의 제3 접촉점(CT3)과 접촉할 수 있다. 도 18에 도시된 바와 같이, 액츄에이터(M)가 +X 축 방향으로 약 11.8mm 이동한 경우, 즉 약 -160도에 위치한 CT3에서 제3 접촉이 발생할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제1 파지 링크(1142)가 제1 접촉점(CT1)에서 물체와 접촉하고, 제2 파지 링크(1246)가 제2 접촉점(CT2)에서 물체와 접촉하고, 제3 파지 링크(1350)가 제3 접촉점(CT3)에서 물체와 접촉함으로써, 물체의 외형에 능동적으로 적응하여 안정적으로 물체를 파지할 수 있다.
또한, 제1 파지 링크(1142)가 물체와 접촉한 이후에는 제1 입력 링크(1110)의 길이가 줄어듦으로써, 추가적인 자유도가 제공될 수 있다. 이로써, 제2 파지 링크(1246) 및 제3 파지 링크(1350)가 물체를 파지할 수 있도록 추가 회전할 수 있다. 또한 제2 파지 링크(1246)가 물체와 접촉한 이후에는 제2 입력 링크(1210)의 길이가 줄어듦으로써, 추가적인 자유도가 제공될 수 있다. 이로써, 제3 파지 링크(1350)가 물체를 파지할 수 있도록 추가 회전할 수 있다.
이로써, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 로봇구동기구의 제1 내지 제3 링크부의 자유도는 액츄에이터(M)의 수보다 많을 수 있다. 즉, 상술한 바와 같이 단일의 액체유이터가 사용되는 경우에도, 제1 내지 제3 링크부는, 제1 입력 링크 및 제2 입력 링크의 가변적인 길이 제어를 통하여 3 자유도를 제공할 수 있다.
이상 본 발명의 제1 실시 예에 따른 파지 동작을 설명하였다. 이하에서는 도 20을 참조하여 본 발명의 제1 실시 예에 따른 로봇구동방법을 설명하기로 한다. 본 발명의 제1 실시 예에 따른 로봇구동방법은 도 9 내지 도 19를 참조하여 설명한 본 발명의 제1 실시 예에 따른 로봇구동기구에 의하여 구현될 수 있음은 물론이다.
도 20은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 로봇구동방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 20을 참조하면 본 발명의 제1 실시 예에 따른 로봇구동방법은, 액츄에이터를 통하여 구동력이 제공됨에 따라, 제1 링크부 및 상기 제1 링크부와 중첩된 제2 링크부 및 제3 링크부가 물체를 향하여 함께 회전하는 단계(S1100), 상기 제1 링크부의 제1 파지 링크가 상기 물체를 파지하는 단계(S110), 상기 제1 링크부의 제1 파지 링크가 상기 물체를 파지한 경우, 상기 액츄에이터(M)와 상기 제1 파지 링크 사이에 마련되어, 상기 구동력을 입력하는 제1 입력 링크가 수축하는 단계(S120), 상기 제1 입력 링크가 수축하는 중, 상기 액츄에이터(M)의 구동력에 의하여 상기 제2 링크부의 제2 파지 링크가 상기 물체를 향하여 회전하여 상기 물체를 파지하는 단계(S130), 상기 제2 링크부의 제2 파지 링크가 상기 물체를 파지한 경우, 상기 액츄에이터(M)와 상기 제2 파지 링크 사이에 마련되어, 상기 구동력을 입력하는 제2 입력 링크가 수축하는 단계(S140) 및 상기 제2 입력 링크가 수축하는 중, 상기 액츄에이터(M)의 구동력에 의하여 상기 제3 링크부의 제3 파지 링크가 상기 물체를 향하여 회전하여 상기 물체를 파지하는 단계(S150) 중 적어도 하나의 단계를 포함하여 이루어질 수 있다. 이하 각 단계에 대하여 설명하기로 한다.
단계 S1100에서, 액츄에이터를 통하여 구동력이 제공됨에 따라, 제1 링크부(1100) 및 상기 제1 링크부(1100)와 중첩된 제2 링크부(1200) 및 제3 링크부(1300)가 물체를 향하여 함께 회전할 수 있다.
액츄에이터(M)가 +X 축 방향으로 이동함으로써, 제1 입력 링크(1110)가 제1 측변 링크(1132)를 밀고, 제2 입력 링크(1210)가 제2-1 측변 링크(1232)를 밀고, 제3 입력 링크(1310)가 제3-1 측변 링크(1332)를 밀 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 링크부(1100)의 제1 파지 링크(1142), 제2 링크부(1200)의 제2 하변 링크(1242), 제3 링크부(1300)의 제3-1 하변 링크(1342)는 물체를 향하여 θ1 방향으로 함께 회전할 수 있다.
단계 S110에서, 상기 제1 파지 링크(1142)는 상기 물체를 파지할 수 있다. 도 17 내지 도 19를 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 제1 파지 링크(1142)는 제1 접촉점(CT1)에서 물체를 파지할 수 있다.
상기 제1 링크부(1100), 상기 제2 링크부(1200) 및 제3 링크부(1300)는 서로 노드를 공유하기 때문에, 상기 제1 파지 링크(1142) 외에도 제2 링크부(1200)의 제2 하변 링크(1242) 및 상기 제3 링크부(1300)의 제3-1 하변 링크(1342)도 제1 접촉점(CT1)에서 물체를 파지할 수 있다.
단계 S120에서, 상기 제1 링크부(1100)의 제1 파지 링크(1142)가 상기 물체를 파지한 경우, 상기 액츄에이터(M)와 상기 제1 파지 링크(1142) 사이에 마련되어, 상기 구동력(F)을 입력하는 제1 입력 링크(1110)가 수축될 수 있다.
구체적으로 상기 제1 파지 링크(1142)가 물체를 제1 접촉점(CT1)에서 파지한 경우, 액츄에이터(M)를 통하여 구동력이 제공되더라도, 상기 제1 파지 링크(1142)는 더 이상 회전하지 못하게 된다. 따라서, 제1 파지 링크(1142)가 물체를 파지한 상태에서, 액츄에이터(M)를 통하여 구동력이 제공되는 경우, 상기 제1 입력 링크(1110)의 제1 탄성부(1112)의 길이가 수축할 수 있다.
단계 S130에서 상기 제1 입력 링크(1110)가 수축하는 중, 상기 액츄에이터(M)의 구동력에 의하여 상기 제2 링크부(1200)의 제2 파지 링크(1246)가 상기 물체를 향하여 회전하여 상기 물체를 파지할 수 있다.
상기 제1 입력 링크(1110)가 수축하는 경우, 상기 제2 입력 링크(1210)는 추가적인 자유도를 제공받게 되므로, 제2 파지 링크(1246)가 물체를 향하여 추가적으로 회전할 수 있다. 이로써, 상기 제2 파지 링크(1246)는 제2 접촉점(CT2)에서 물체를 파지할 수 있다.
상기 제2 파지 링크(1246)는 상기 제3-2 하변 링크(1346)와 서로 노드를 공유하기 때문에, 상기 제2 파지 링크(1246) 외에도 상기 제3 링크부(1300)의 제3-2 하변 링크(1346)도 제2 접촉점(CT2)에서 물체를 파지할 수 있다.
이 때, 단계 S130은 단계 S120과 동시에 수행될 수 있다.
단계 S140에서, 상기 제2 링크부(1200)의 제2 파지 링크(1246)가 상기 물체를 파지한 경우, 상기 액츄에이터(M)와 상기 제2 파지 링크(1246) 사이에 마련되어, 상기 구동력(F)을 입력하는 제2 입력 링크(1210)가 수축할 수 있다.
구체적으로 상기 제2 파지 링크(1246)가 물체를 제2 접촉점(CT2)에서 파지한 경우, 액츄에이터(M)를 통하여 구동력이 제공되더라도, 상기 제2 파지 링크(1246)는 더 이상 회전하지 못하게 된다. 따라서, 제2 파지 링크(1246)가 물체를 파지한 상태에서, 액츄에이터(M)를 통하여 구동력이 제공되는 경우, 상기 제2 입력 링크(1210)의 제2 탄성부(1212)의 길이가 수축할 수 있다. 이 때, 상기 제1 입력 링크(1110)의 제1 탄성부(1112)의 길이도 함께 수축할 수 있다.
단계 S150에서 상기 제2 입력 링크(1210)가 수축하는 중, 상기 액츄에이터(M)의 구동력(F)에 의하여 상기 제3 링크부(1300)의 제3 파지 링크(1350)가 상기 물체를 향하여 회전하여 상기 물체를 파지할 수 있다.
상기 제2 입력 링크(1210) 및 상기 제1 입력 링크(1110)가 수축하는 경우, 상기 제3 입력 링크(1310)는 추가적인 자유도를 제공받게 되므로, 상기 제3 파지 링크(1350)가 물체를 향하여 추가적으로 회전할 수 있다. 이로써, 상기 제3 파지 링크(1350)는 제3 접촉점(CT3)에서 물체를 파지할 수 있다.
단계 S150은 단계 S140과 동시에 수행될 수 있다.
본 발명의 제1 실시 예에 따른 로봇구동방법은, 어떠한 외형을 가지는 물체라도 외형에 적응하여 안정적으로 파지할 수 있음을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 로봇구동방법은, 제1 파지 링크, 제2 파지 링크, 제3 파지 링크가 순차적으로 물체의 외형과 접촉하되, 제2 파지 링크는 제1 입력 링크의 가변 길이에 의하여 추가적인 자유도를 제공받고, 제3 파지 링크는 제1 및 제2 입력 링크의 가변 길이에 의하여 추가적인 자유도를 제공받음으로써, 물체의 외형에 적응 가능한 파지 동작 수행을 제공할 수 있다.
이상 본 발명의 제1 실시 예에 따른 로봇구동기구 및 로봇구동방법을 설명하였다. 이하에서는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 로봇구동기구 및 로봇구동방법을 설명하기로 한다.
도 21은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 로봇구동기구의 관절을 설명하기 위한 도면이다. 본 발명의 제1 실시 예에 따른 로봇구동기구(1000)는 링크부가 3개 적층되었지만, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 로봇구동기구(2000)는 링크부가 2개 적층된다는 점에서 차이가 있다. 즉, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 로봇구동기구는, 세 마디를 가지는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 로봇구동기구와 달리, 두 마디를 가지는 로봇구동기구를 제공할 수 있다.
도 21을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 로봇구동기구(2000)는 제1 링크부(2400) 및 제2 링크부(2500)를 포함할 수 있다. 이하에서는 별도의 설명이 없는 한, 제1 링크부(2400) 및 제2 링크부(2500)는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 로봇구동기구(2000)의 링크부를 의미하는 것으로 이해될 수 있다.
상기 제1 링크부(2400) 및 제2 링크부(2500)는 서로 적층될 수 있으며, 액츄에이터(미도시)를 통하여 A 노드에서 구동력을 제공받음으로써, 굽힘, 폄, 및 파지 동작을 수행할 수 있다. 상기 제1 및 제2 링크부(2400, 2500)의 일 단도 커넥터를 매게로 액츄에이터와 연결될 수 있음은 물론이다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 제1 링크부(2400)의 각 구성 및 기능은 상술한 제1 실시 예에 따른 제1 링크부(1100)의 각 구성 및 기능과 동일하므로 구체적인 설명을 생략하기로 한다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 제2 링크부(2500)는 액츄에이터를 통하여 구동력(F)을 제공받으며, 길이가 일정한 제2 입력 링크(2510)를 포함할 수 있다. 즉, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 제2 입력 링크(2510)는 길이가 일정하다는 점에서 본 발명의 제1 실시 예에 따른 제2 입력 링크(1210)와 상이할 수 있다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 제2 링크부(2500)의 제2 입력 링크(2510)를 제외한 구성 예를 들어, 제2-1 측변 링크(2532), 제2-1 상변 링크(2534), 제2-2 측변 링크(2536), 제2-2 상변 링크(2538), 제2-3 측변 링크(2540), 제2 하변 링크(2542)는 각각 제1 실시 예에 따른 제2 링크부(2500)의 제2-1 측변 링크(1232), 제2-1 상변 링크(1234), 제2-2 측변 링크(1236), 제2-2 상변 링크(1238), 제2-3 측변 링크(1240), 제2 하변 링크(1242)와 구성 및 기능이 동일하므로 구체적인 설명을 생략하기로 한다.
또한, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 제2-3 상변 링크(2544) 및 제2 파지 링크(2546)는, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 제2-3 상변 링크(1244) 및 제2 파지 링크(1246)와 구성 및 기능이 동일하므로 구체적인 설명을 생략하기로 한다.
도 22는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 로봇구동방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 22를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 로봇구동방법은, 액츄에이터를 통하여 구동력이 제공됨에 따라, 제1 링크부 및 상기 제1 링크부와 중첩된 제2 링크부가 물체를 향하여 함께 회전하는 단계(S200), 상기 제1 링크부의 제1 파지 링크가 상기 물체를 파지하는 단계(S210), 상기 제1 링크부의 제1 파지 링크가 상기 물체를 파지한 경우, 상기 액츄에이터와 상기 제1 파지 링크 사이에 마련되어, 상기 구동력을 입력하는 제1 입력 링크가 수축하는 단계(S220) 및 상기 제1 입력 링크가 수축하는 중, 상기 액츄에이터의 구동력에 의하여 상기 제2 링크부의 제2 파지 링크가 상기 물체를 향하여 회전하여 상기 물체를 파지하는 단계(S230) 중 적어도 하나의 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
단계 S200에서, 액츄에이터(M)가 +X 축 방향으로 이동함으로써, 제1 입력 링크(2410)가 제1 측변 링크(2432)를 밀고, 제2 입력 링크(2410)가 제2-1 측변 링크(2432)를 밀 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 링크부(2400)의 제1 파지 링크(2442) 및 제2 링크부(2400)의 제2 하변 링크(2442)는 물체를 향하여 θ1 방향으로 함께 회전할 수 있다.
단계 S210에서, 상기 제2 파지 링크(2242)는 상기 물체를 파지할 수 있다. 도 17 내지 도 19를 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 제2 파지 링크(1242)는 제1 접촉점(CT1)에서 물체를 파지할 수 있다.
상기 제1 링크부(2400) 및 상기 제2 링크부(2500) 는 서로 노드를 공유하기 때문에, 상기 제1 파지 링크(2442) 외에도 제2 링크부(2500)의 제2 하변 링크(2542)도 제1 접촉점(CT1)에서 물체를 파지할 수 있다.
단계 S220에서, 상기 제1 링크부(2400)의 제1 파지 링크(2442)가 상기 물체를 파지한 경우, 상기 액츄에이터와 상기 제1 파지 링크(2442) 사이에 마련되어, 상기 구동력(F)을 입력하는 제1 입력 링크(2410)가 수축될 수 있다.
구체적으로 상기 제1 파지 링크(2442)가 물체를 제1 접촉점(CT1)에서 파지한 경우, 액츄에이터를 통하여 구동력이 제공되더라도, 상기 제1 파지 링크(2442)는 더 이상 회전하지 못하게 된다. 따라서, 제1 파지 링크(2442)가 물체를 파지한 상태에서, 액츄에이터(M)를 통하여 구동력이 제공되는 경우, 상기 제1 입력 링크(2410)의 제1 탄성부(2412)의 길이가 수축할 수 있다.
단계 S230에서 상기 제1 입력 링크(2410)가 수축하는 중, 상기 액츄에이터의 구동력에 의하여 상기 제2 링크부(2500)의 제2 파지 링크(2546)가 상기 물체를 향하여 회전하여 상기 물체를 파지할 수 있다.
상기 제1 입력 링크(2410)가 수축하는 경우, 상기 제2 입력 링크(2510)는 추가적인 자유도를 제공받게 되므로, 제2 파지 링크(2546)가 물체를 향하여 추가적으로 회전할 수 있다. 이로써, 상기 제2 파지 링크(2546)는 제2 접촉점(CT2)에서 물체를 파지할 수 있다.
이 때, 단계 S230은 단계 S220과 동시에 수행될 수 있다.
이로써, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 로봇구동기구 및 로봇구동방법은, 제1 파지 링크와 제2 파지 링크가 순차적으로 물체를 파지하되, 물체의 외형과 접촉하되, 제2 파지 링크는 제1 입력 링크의 가변 길이에 의하여 추가적인 자유도를 제공받음으로써, 물체의 외형에 적응 가능한 파지 동작 수행을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 따른 로봇구동기구 및 로봇구동방법은, 액츄에이터의 수보다 많은 자유도를 제공 즉 부족 구동(under actuation)을 제공함으로써, 최소 액츄에이터로 굽힘, 폄 및 파지 동작의 구현하므로 장비의 경량화가 가능할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 예들에 따른 로봇구동기구를 말단 장치(end-effector)로 활용하는 경우, 과도한 액츄에이터에 의한 제어의 어려움을 해소할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들은. 길이 가변 입력 링크를 통하여 추가적인 자유도를 제공함으로써, 간이한 방법으로 자유도의 추가가 가능하여 로봇 현장에서 쉽게 적용될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들은, 탄성체를 통하여 길이 가변 입력 링크를 제공하므로, 다양한 형상의 물체를 안정적으로 파지할 수 있다는 효과를 제공할 수 있다.
본 발명의 제1 실시 예는 제1 내지 제3 링크부로 구성되고, 제2 실시 예는 제1 및 제2 링크부로 구성되는 경우를 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은, 4 개 이상의 링크부로 구성되는 로봇구동기구에도 적용될 수 있음은 물론이다.
이상과 같이 본 발명의 일 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
본 발명의 실시 예은, 인간과 유사한 동작을 수행하는 휴머노이드 로봇의 핸드 및 다양한 로봇 암의 말단 장치(end-effector)로 사용될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 예들에 따른 로봇구동기구 및 로봇구동방법은, 바이오닉 의수 산업, 서비스/제조 장비, 의료 로봇 등에 적용될 수 있다.

Claims (15)

  1. 절단된 손가락의 기절골 부위에 착용하는 기절골 바디(110);
    상기 기절골 바디(110)와 연결되어 상기 절단된 손가락의 중절골 부위의 역할을 수행하는 중절골 바디(120);
    상기 중절골 바디(120)와 연결되어 상기 절단된 손가락의 말절골 부위의 역할을 수행하는 말절골 바디(130);
    상기 기절골 바디(110)의 하측에 배치되는 제1 기절골 링크(112);
    상기 기절골 바디(110)의 상측에서 상기 제1 기절골 링크(112)와 조인트 연결되는 제2 기절골 링크(114); 및
    상기 제1 기절골 링크(112)와 상기 제2 기절골 링크(114) 사이의 조인트에 마련되어 탄성력을 제공하는 기절골 탄성부재(116);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 물체 형상 적응형 로봇 손가락 의지(100)
  2. 제1항에 있어서,
    물체(M) 파지 동작 시, 상기 제1 기절골 링크(112)가 상기 물체(M)에 접촉하여 눌려짐에 따라 상기 제1 기절골 링크(112)와 상기 제2 기절골 링크(114) 사이의 각도가 증가하는 것을 특징으로 하는 물체 형상 적응형 로봇 손가락 의지(100)
  3. 제1항에 있어서,
    물체(M)의 파지 동작 시, 상기 제1 기절골 링크(112)가 상기 물체(M)에 접촉하여 눌려짐에 따라 상기 제2 기절골 링크(114)가 상기 중절골 바디(120)에 힘을 가하여 상기 중절골 바디(120)와 상기 말절골 바디(130)가 안쪽으로 접히는 것을 특징으로 하는 물체 형상 적응형 로봇 손가락 의지(100).
  4. 제1항에 있어서,
    물체(M)가 접촉되지 않은 상태에서 이루어지는 굽힘 또는 폄 동작 시, 상기 제1 기절골 링크(112)와 상기 제2 기절골 링크(114) 사이의 각도는 상기 기절골 탄성부재(116)에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 물체 형상 적응형 로봇 손가락 의지(100).
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 기절골 링크(112)와 상기 제2 기절골 링크(114) 중 어느 하나에는 상기 제1 기절골 링크(112)와 상기 제2 기절골 링크(114) 사이의 각도를 제한하기 위한 기구적 각도 제한요소가 마련되어 상기 굽힘 또는 폄 동작 시 상기 제1 기절골 링크(112)와 상기 제2 기절골 링크(114) 사이의 각도가 상기 기절골 탄성부재(116)에 의해 상기 기구적 각도 제한요소가 가지고 있는 각도로 고정되는 것을 특징으로 하는 물체 형상 적응형 로봇 손가락 의지(100).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중절골 바디(120)의 하측에 배치되고 일단부가 상기 기절골 바디(110)와 조인트 연결되는 제1 중절골 링크(122);
    일단부가 상기 제1 중절골 링크(122)의 타단부와 조인트 연결되고 타단부가 상기 말절골 바디(130)와 조인트 연결되는 제2 중절골 링크(124);
    상기 중절골 바디(120)의 상측에 배치되고 상기 기절골 바디(110)와 상기 말절골 바디(130)를 상호 연결하는 제3 중절골 링크(128); 및
    상기 제1 중절골 링크(122)와 상기 제2 중절골 링크(124) 사이의 조인트에 마련되어 탄성력을 제공하는 중절골 탄성부재(126)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물체 형상 적응형 로봇 손가락 의지(100).
  7. 제6항에 있어서,
    물체(M)의 파지 동작 시, 상기 제1 중절골 링크(122)가 상기 물체(M)에 접촉하여 눌려짐에 따라 상기 제1 중절골 링크(122)와 상기 제2 중절골 링크(124) 사이의 각도가 증가하는 것을 특징으로 하는 물체 형상 적응형 로봇 손가락 의지.
  8. 제6항에 있어서,
    물체(M)파지 동작 시, 상기 제1 중절골 링크(122)가 상기 물체(M)에 접촉하여 눌려짐에 따라 상기 제2 중절골 링크(124)가 상기 말절골 바디(130)에 힘을 가하여 상기 말절골 바디(130)가 안쪽으로 접히는 것을 특징으로 하는 물체 형상 적응형 로봇 손가락 의지.
  9. 제6항에 있어서,
    물체(M)가 접촉되지 않은 상태에서 이루어지는 굽힘 또는 폄 동작 시 상기 제1 중절골(122) 링크와 상기 제2 중절골 링크(124) 사이의 각도는 상기 중절골 탄성부재(126)에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 물체 형상 적응형 로봇 손가락 의지(100).
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 중절골 링크(122)와 상기 제2 중절골 링크(124) 중 어느 하나에는 상기 제1 중절골 링크(122)와 상기 제2 중절골 링크(124) 사이의 각도를 제한하기 위한 기구적 각도 제한요소가 마련되어 상기 굽힘 또는 폄 동작 시 상기 제1 중절골 링크(122)와 상기 제2 중절골 링크(124) 사이의 각도가 상기 중절골 탄성부재(126)에 의해 상기 기구적 각도 제한요소가 가지고 있는 각도로 고정되는 것을 특징으로 하는 물체 형상 적응형 로봇 손가락 의지(100).
  11. 제1항에 있어서,
    사용자의 손바닥에 고정되는 손바닥 고정부(150)를 더 포함하고,
    상기 손바닥 고정부(150)는 상기 기절골 바디(110) 및 상기 제1 기절골 링크(112) 각각과 조인트 연결되는 것을 특징으로 하는 물체 형상 적응형 로봇 손가락 의지(100).
  12. 제11항에 있어서,
    상기 손바닥 고정부(150)와 상기 기절골 바디(110) 또는 상기 제1 기절골 링크(112)를 조인트 연결하는 연결 브라켓(160)을 더 포함하고,
    상기 손바닥 고정부(150)는 상기 연결 브라켓(160)에 의해 상기 기절골 바디(110) 또는 상기 제1 기절골 링크(112)를 중심으로 내전 및 외전으로 회동되는 것을 특징으로 하는 물체 형상 적응형 로봇 손가락 의지(100).
  13. 절단된 손가락의 기절골 부위에 착용하여 상기 기절골 부위를 동력으로 사용하는 로봇 의지에 있어서,
    5절 링크 구조를 기반으로 하되, 물체(M)가 접촉되지 않은 상태에서 이루어지는 굽힘 또는 폄 동작에 관여하는 4절 링크와 상기 물체(M)가 접촉된 상태에서 이루어지는 상기 물체(M)의 파지 동작을 관여하는 4절 링크가 서로 다르게 형성되며, 두 동작이 동시에 이루어지거나 또는 독립적으로 이루지는 것을 특징으로 하는 물체 형상 적응형 로봇 손가락 의지(100).
  14. 제13항에 있어서,
    상기 5절 링크 구조에서 상기 물체(M)와 접촉하게 되는 제1 링크(112)(122)와 상기 제1 링크(112)(122)와 조인트 연결되는 제2 링크(114)(124) 사이의 조인트 탄성부재(116)(126)와 기구적 각도 제한요소가 마련되는 것을 특징으로 하는 물체 형상 적응형 로봇 손가락 의지(100).
  15. 제14항에 있어서,
    상기 물체(M)의 파지 동작 시, 상기 제1 링크(112)(122)가 상기 물체(M)와 접촉하여 발생하는 외력에 의해 상기 제1 링크(112)(122)와 상기 제2 링크(114)(124) 사이의 각도가 증가하고,
    상기 굽힘 또는 폄 동작 시, 상기 제1 링크(112)(122)와 상기 제2 링크(114)(124) 사이의 각도가 상기 탄성부재(116)(126)에 의해 상기 기구적 각도 제한요소가 가지고 있는 각도로 고정되는 것을 특징으로 하는 물체 형상 적응형 로봇 손가락 의지(100).
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