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KR100451412B1 - 다지 로봇 핸드 - Google Patents

다지 로봇 핸드 Download PDF

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KR100451412B1
KR100451412B1 KR10-2001-0069841A KR20010069841A KR100451412B1 KR 100451412 B1 KR100451412 B1 KR 100451412B1 KR 20010069841 A KR20010069841 A KR 20010069841A KR 100451412 B1 KR100451412 B1 KR 100451412B1
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dodge
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이형진
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Abstract

본 발명은 다지 로봇 핸드에 관한 것으로서, 특히 다수의 마디를 구비한 핑거를 링크 구조로 형성하고 캠 및 캠 종동자를 사용하여 기계적 클러치를 형성하고 상기 핑거 간에 스트레인 게이지를 부착함으로써 구동 수단의 감소 및 상기 핑거의굽힘 운동과 횡 운동 및 안정된 파지 능력을 향상시킨 다지 로봇 핸드에 관한 것이다.
본 발명인 다지 로봇 핸드는 둘 이상의 마디들과, 상기 마디들 중의 상측 마디의 일측과 하측 마디의 일측 간을 힌지결합하는 제 1 관절로 구성된 제 1 핑거와; 상단부의 일측과, 상기 제 1 핑거의 하측 마디의 타측을 힌지결합하는 제 2 관절을 구비하여 상기 제 1 핑거를 지지하는 제 1 모듈 박스와; 상기 제 1 모듈 박스가 일측면에 부착된 핸드 기저로 구성된 다지 로봇 핸드에 있어서, 상기 제 1 핑거의 상측 마디의 일측 및 제 1 모듈 박스의 상단부의 일측과 각각 힌지결합된 보조 링크를 추가적으로 구비하고, 상기 보조링크는 상기 제 1 관절의 상측 마디와, 제 2 관절의 상기 하측 마디와, 상기 보조 링크 및 상기 제 1 모듈 박스가 4절 링크 구조를 형성한다.

Description

다지 로봇 핸드{MULTI-FINGERED ROBOT HAND}
본 발명은 다지 로봇 핸드에 관한 것으로서, 특히 다수의 마디를 구비한 핑거를 링크 구조로 형성하고 캠 및 캠 종동자를 사용하여 기계적 클러치를 형성하고 상기 핑거 간에 스트레인 게이지를 부착함으로써 구동 수단의 감소 및 상기 핑거의굽힘 운동과 횡 운동 및 안정된 파지 능력을 향상시킨 다지 로봇 핸드에 관한 것이다.
도 1a는 종래 기술인 다관절식 로봇의 핸드의 일부를 절개한 평면도이고, 도 1b는 도 1a의 핸드의 작용 상태를 도시한 측면도로서, 산업용 로봇의 아암(1) 선단부에 부착된 브라켓트(2)에 엄지부(A)와, 검지부(B)와, 장지부(C)와, 무명지부(D) 및 소지부(E)가 형성된 핸드를 형성시키되, 상기 엄지부(A)의 단위핑거(3)(3')(3") 사이에는 () 및 ()가 형성되고, 상기 검지부(B)와, 장지부(C)와, 무명지부(D) 및 소지부(E)의 각 단위 핑거(4)(4')(4")(4'") 연결부위에도 관절부()()()가 각각 형성되어 자유롭게 굽힘 운동을 한다. 자세하게는 상기 단위 핑거(3)(3'), (4')(4'") 내부에 장착된 공압실린더(5)의 피스톤로드(6)의 선단에 수직 가이드공(7)을 설치하고 상기 단위 핑거(3')(3")(4')(4")(4'")의 선단에는 한쌍의 돌기(8)(8')를 대향되게 설치하되, 상기 돌기(8)(8')에는 대각선의 캠공(9)(9')과 축공(10)(10')을 각각 형성시키고, 상기 단위 핑거(3)(3")(4)(4")(4'")의 후단부에는 홈(11)을 형성하고 그 양측의 지지돌기(12)(12')는 만곡 단부로 형성하여 상기 지지돌기(12)(12')의 상부에는 축공(13)(13')과 장공(14)(14')이 형성되고, 상기 홈(11)에는 상기 단위 핑거의 돌기(8)(8')를 삽입하여 상기 축공(10)(10')과 (13)(13')을 서로 연통하여 이에 중심편(15)을 끼워 자유롭게 회전하도록 하였으며, 상기 장공(14)(14'0과 상기 피스톤로드(6)의 수직 가이드공(7) 및 단위 핑거의 캠공(9)(9') 역시 서로 연통되게 하여 이에 지지편(16)을 부착하여 상기 관절부()()()()()를 구성한다.
그리고 상기 엄지부(A)의 상기 단위 핑거(3") 후단은 상기 브라켓트(2)의 고정돌부(17)에 볼트(18)로 연결되고, 상기 검지부(B)와, 장지부(C)와, 무명지부(D) 및 소지부(E)의 단위 핑거(4'") 후단부는 상기 브라켓트(2)에 부착되었다. 상기 브라켓트(2)에는 다수의 나사공(22)(22')(22")이 등간격으로 형성되어 있어 상기 엄지부(A)의 단위 핑거(3") 하단부와 나사(23)(23')로 연결될 수 있도록 되었다. 또한 상기 엄지부(A)와, 검지부(B)와, 무명지부(D) 및 소지부(E)의 단위 핑거 상단부에는 고무 등의 탄성체(19)가 각각 부착되었으며, 상기 공압실린더(5)에는 공기주입구(20)(21)가 형성되었다.
상기 종래 기술인 다관절식 로봇의 핸드의 작용을 설명하면, 상기 핸드(H)는 별도로 형성된 제어부(도시되지 않음)의 제어에 따라 상기 각 공압실린더(5)로 공급되는 공압에 의하여 상기 관절부() 내지 ()에서 굽힘 운동이 가능하다. 상기 상기 관절부() 내지 ()에서의 상기 굽힘 운동의 작용 과정을 살펴보면, 별도의 제어부에 의해 상기 공압실린더(5)의 주입구(20)로 공압이 공급되면 상기 피스톤로드(6)가 전진 운동하면서 상기 지지핀(16)이 상기 캠공(9)의 안내에 의하여 하향 이동되면서, 상기 단위 핑거는 상기 중심핀(15)을 기점으로 하여 상향 이동되고, 상기 공압실린더(5)의 주입구(21)에 공압이 공급되면 상기 과정이 역방향으로 진행되면서 상기 단위 핑거가 복원되는 것이다. 상기 과정에서 상기 관절부() 내지 ()가 굽힘 운동을 하는데 , 상기 핸드(H)에 파지되는 공작물의 크기와 불균형 상태 또는 파지물의 종류에 따라 별도 제어부의 제어에 의하여 상기 각 공압실린더(5)로 공급되는 공압의 정도에 따라 상기 관절부() 내지 ()의 굽힘 운동의 범위가 다르게 되는 것이다.
상기 종래 기술인 다관절식 로봇의 핸드는 상기 핑거(A) 내지 (E)를 움직이기 위해서는 각 핑거를 움직일 상기 공압실린더(5)가 핑거의 수만큼 필요하게 되어 로봇 핸드의 구성 부품과 크기가 커지게 되고, 상기 핑거(A) 내지 (E)는 캠의 작용에 의해 굽혀지게 되어 실제의 손동작과 같이 유연하게 움직이는 것이 어렵게 된다. 또한, 상기 핑거(B) 내지 (E)는 직선으로 배치되어 있고 횡 운동을 할 수 없으므로 공작물이 원형과 같을 경우에는 그 파지에 어려움이 있다. 또한, 상기 핸드의 파지력은 파지하고자 하는 공작물에 따라 적절하고 능동적으로 변화하여야 상기 공작물에 대한 안정된 파지와 파괴를 방지할 수 있으나 상기 종래의 로봇 핸드는 상기 핸드의 파지력을 상기 공작물에 따라 적절하고 능동적으로 변화시킬 수 있는 방법을 구체적으로 제시하고 있지 않다.
본 발명은 위와 같은 종래의 문제점을 해결하고자 하는 목적으로 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 캠과 캠 종동자를 사용한 기계적 클러치 동작을 통하여 핑거를 움직이는 구동 장치의 수를 감소시키는 것이다. 다른 본 발명의 목적은 핑거의 마디를 링크 구조로 형성시킴으로써 실제의 손동작과 같은 굽힘 운동 및 횡 운동을 가능하게 하는 것이다. 또 다른 본 발명의 목적은 상기 핑거에 스트레인 게이지를 설치함으로써 실제 핸드에 작용되는 힘을 측정하여 핸드의 파지력을 적절하고 능동적으로 제어하는 것이다.
도 1a는 종래 기술인 다관절식 로봇의 핸드의 평면도.
도 1b는 도 1a의 핸드의 작용 상태의 측면도.
도 2는 본 발명인 다지 로봇 핸드의 개략 구조도.
도 3a는 도 2의 핑거(B)의 굽힘 운동을 연속적으로 도시한 측면도.
도 3b는 도 3의 핑거(B')의 측면도와 상기 4절 링크의 구조도.
도 3c는 도 3의 핑거(B)가 펴고 있는 경우의 측면도와 상기 4절 링크의 구조도.
도 3d는 도 3의 핑거(B")의 측면도와 상기 4절 링크의 구조도.
도 3e는 도 2의핑거(B)의 다른 실시예의 측면도.
도 4는 도 2의 본 발명인 다지 로봇 핸드의 부분 절개도.
도 5a는 도 2의 기계적 클러치 해제 상태의 일실시예의 구조도.
도 5b는 도 2의 기계적 클러치 작동 상태의 일실시예의 구조도.
도 5c는 도 2의 기계적 클러치 해제 상태의 다른 실시예의 구조도.
도 5d는 도 2의 기계적 클러치 작동 상태의 다른 실시예의 구조도.
도 6은 도 3a의 부분(S)를 나타내는 장착형 스트레인 게이지의 부착된 상태도.
도 7a는 본 발명의 다른 실시예의 평면도.
도 7b는 도 7a의 다지 로봇 핸드의 횡 운동 상태를 도시한 평면도.
도 8a는 본 발명의 다른 실시예의 평면도.
도 8b는 도 8a의 다지 로봇 핸드의 횡 운동 상태를 도시한 평면도.
*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***
A, B, C:핑거 203, 206, 209:모듈 박스
213: 핸드 기저 210: 손바닥판
211, 212: 평행 이동구
본 발명인 다지 로봇 핸드는 둘 이상의 마디들과, 상기 마디들 중의 상측 마디의 일측과 하측 마디의 일측 간을 힌지결합하는 제 1 관절로 구성된 제 1 핑거와; 상단부의 일측과, 상기 제 1 핑거의 하측 마디의 타측을 힌지결합하는 제 2 관절을 구비하여 상기 제 1 핑거를 지지하는 제 1 모듈 박스와; 상기 제 1 모듈 박스가 일측면에 부착된 핸드 기저로 구성된 다지 로봇 핸드에 있어서, 상기 제 1 핑거의 상측 마디의 일측 및 제 1 모듈 박스의 상단부의 일측과 각각 힌지결합된 보조 링크를 추가적으로 구비하고, 상기 보조링크는 상기 제 1 관절의 상측 마디와, 제 2 관절의 상기 하측 마디와, 상기 보조 링크 및 상기 제 1 모듈 박스가 4절 링크 구조를 형성한다.
도 2는 본 발명인 다지 로봇 핸드의 개략 구조도를 도시한 것으로서, 자세하게는 핑거(A), (B), (C)와; 핸드 기저(213)와; 손바닥판(210)과; 상기 핑거(A), (B), (C)의 지지하는 모듈 박스(203), (206), (209)와; 상기 모듈 박스(206), (209)와 상기 핸드 기저(213)를 연결하는 평행 이동구(211), (212)로 구성된다. 상기 핑거(A), (B), (C)는 하나 이상의 마디로 구성되고, 즉 제 1 마디(201), (204), (207)와 제 2 마디(202), (205), (208)와 상기 제 1 마디와 제 2 마디를 힌지결합하는 관절(A1), (A2), (B1), (B2), (C1), (C2)로 구성된다. 상기 모듈 박스들(206), (209)는 상기 핸드 기저(213)를 향하는 면에 상기 평행 이동구(211), (212)를 통과시키는 통로를 각각 구비하고, 상기 핸드 기저(213)는 상기 모듈 박스(206), (209)를 향하는 면에 상기 평행 이동구(211), (212)를 통과시키는 통로들을 구비한다.
상기 핑거(A)는 엄지와 같은 역할을 하는 것으로, 굽힘 운동만 하도록 상기 모듈 박스(203)은 상기 핸드 기저(213)에 부착되고, 상기 핑거(B), (C)는 다른 손가락(예를 들면, 검지와 무명지)의 역할을 하는 것으로, 굽힘 운동뿐 만아니라 횡 운동을 할 수 있도록 상기 평행 이동구(211), (212)를 구비한다. 상기 핑거(B)와핑거(C)는 대칭적으로 배치되어서 대칭적인 횡 운동이 가능하다. 또한, 상기 다지 로봇 핸드는 핑거(A), (B), (C)의 각 제 1 마디 상에(물체를 파지하는 반대편에) 스트레인 게이지(250)를 구비할 수 있다.
도 3a는 도 2의 핑거(B)의 굽힘 운동을 연속적으로 도시한 측면도로서, 핑거(B')는 구부리고 있는 경우이고, 핑거(B")는 완전히 펴고 있는 경우를 도시한다. 상기 모듈 박스(206) 내에는 구동 모터(217)와; 기어 헤드(216)와; 상기 구동 모터(217)의 구동력을 상기 기어 헤드(216)로부터 전달 받는 웜(215) 및 웜 기어(214)가 구비된다. 상기 핑거(B)는 상기 제 1 마디(204)와 상기 모듈 박스(206)를 연결하는 보조 링크(218)로 구성된다. 보다 자세히 개시하면, 상기 모듈 박스(206)에 일측 단부(242)가 고정되도록 부착되고, 타측 단부(240)는 상기 보조 링크(218)와 힌지 결합하는 커넥터(241)가 추가적으로 구비되어, 상기 보조 링크(218)와 모듈 박스(206)이 연결되도록 한다. 상기 커넥터(241)는 상기 웜 기어(214)의 주위를 감싸게 되며, 상기 웜 기어(214)가 회전 운동시, 서로 접촉하지 않도록 형성된다. 상기와 같이, 상기 제 1 마디(204)와, 상기 제 2 마디(205)와, 상기 모듈 박스(206) 및 상기 보조 링크(218)은 4절 링크 구조를 형성하게 됨으로써, 상기 구동 모터(217)의 구동력은 상기 웜(215)과 웜 기어(214)를 통하여 상기 제 2 마디(205)를 회전시키게 되면, 상기 4 절 링크 구조의 작용에 의해 상기 제 1 마디(204)가 상기 제 2 마디(205)에 종속되어 정해진 각도로서의 상기 핑거(B)의 굽힘 운동이 이루어진다. 상기 핑거(C)도 상기 핑거(B)와 동일한 구조로 형성된다. 또한 상기 제 2 마디(205)는 캠(231)을 구비하고, 상기 모듈 박스(206)의 일측면에 또는 양측면에 캠 종동자(227), (227a)와, 상기 캠 종동자(227)와 고정자(227a)에 연결된 와이어 가이드(228)이 도시된다.
도 3b는 상기 핑거(B)가 구부리고 있는 경우의 측면도와 상기 4절 링크의 형상을, 도 3c는 상기 핑거(B)가 펴고 있는 경우의 측면도와 상기 4절 링크의 형상을, 도 3d는 상기 핑거(B)가 완전히 펴고 있는 경우의 측면도와 상기 4절 링크의 형상을 도시한다.
도 3e는 상기 핑거(B)의 다른 실시예를 도시한 것으로서, 상기 구동 모터(217)와, 상기 기어 헤드(216)와, 상기 웜(215) 및 웜 기어(215)가 없이 상기 제 2 마디(205)의 일측면과 상기 모듈 박스(206)의 동일 측면에 인장 수단(D)를 구비한다. 상기 인장 수단(D)의 인장력(수축력, 팽창력)이 상기 제 2 마디(205)에 전달되고, 상기 전달된 인장력이 상기 4절 링크 구조의 작용에 의해 상기 핑거(B)의 굽힘 운동이 동일하게 이루어진다. 상기 인장 수단(D)은 직선운동을 하는 공압 또는 유압 실린더일 수 있다.
도 4는 도 2의 본 발명인 다지 로봇 핸드의 부분 절개도를 도시한 것으로서, 일측은 상기 모듈 박스(209)와 힌지결합으로 연결되고, 타측은 상기 핸드 기저(213)의 내에서 힌지결합으로 연결된 한 쌍의 평행이동구(212)와, 이때 상기 평행이동구(212) 중의 하나는 상기 핸드기저(213) 내에 있는 타측에 윔 기어(221)를 구비하고, 제 3 베벨기어(234)를 구비한 구동 모터(232)와, 상기 구동 모터(232)의 동력을 전달하는 제 1 베벨 기어(226)와 제 2 베벨 기어(225)(보이지 않음) 및 제 6 베벨 기어(225a)를 구비하는 축(224)과, 상기 제 6베벨 기어(225a)와 연결될 수 있는 제 5 베벨 기어(233)를 구비한 웜(222) 및 웜 기어(223)와, 상기 축(224)에 연결되고, 양 벽 사이에 탄성체를 구비하는 탄성부재(229)와, 상기 탄성부재(229)와 연결된 와이어가이드(228)와, 상기 제 2 베벨 기어(225)를 통하여 상기 축(224)의 동력을 제 4 베벨 기어(235)를 통하여 전달받아 상기 웜 기어(221)로 전달하는 웜(219)이 도시된다. 상기 핑거(B)와 핸드 기저(213)을 연결하는 한 쌍의 평행이동구(211)와, 상기 평행이동구 중의 하나가 구비한 웜 기어(220)도 도시된다. 상기 탄성부재(229)의 벽들 중 상기 축(224)과 연결된 벽은 적어도 일측면이 상기 핸드 기저(213) 또는 손바닥판(210)에 부착되어 고정된다. 상기 축(224)의 일측은 축의 회전 운동이 탄성부재(229) 및 와이어(도시되지 않음)에 전달되지 않도록 한다. 상기 와이어가이드(228)는 상기 평행이동구(212)의 사이를 지나도록 된다.
상기 모듈 박스(206), (209)와 상기 평행 이동구(211), (212) 및, 상기 평행 이동구(211), (212)가 상기 핸즈 기저(213)의 내부에서의 힌지결합부분들은 각각 평행 사변형 4절 링크 구조를 형성한다. 상기 구동 모터의 구동력이 웜(219) 및 웜 기어(220), (221)에 전달되면 상기 평행 이동구(211)과 평행 이동구(212)는 대칭적으로 회전하게 됨으로써, 상기 평행 사변형 4절 링크 구조에 의해서 상기 모듈 박스(206) 및 (209)는 대칭적으로 회전하게 되어, 상기 핑거(B), (C)의 횡 운동이 이루어진다. 상기와 같이 별개의 구동 모터와 웜 및 웜 기어에 의한 동력 전달에 의해서, 또한 별개의 4절 링크 구조에 의한 동력 전달에 의해서 상기 핑거(B), (C)의 굽힘 운동과 상기 횡 운동 간에는 기계적 간섭이 존재하지 않는다.
도 5a 및 5b는 상기 핑거들의 굽힘 운동 및 평행 운동이 이루어지도록 하는 기계적 클러치의 구조의 일실시예를 도시한 것으로서, 제 5 베벨 기어(233)를 구비한 웜(222) 및 웜 기어(223)과; 제 1 베벨 기어(226)와 제 2 베벨 기어(225) 및 제 6 베벨 기어(225a)를 구비하는 축(224)과; 상기 핑거(C)의 제 2 마디(208)의 단부에 있는 캠(231)과; 상기 모듈 박스(209)에 내부에 있는 캠 종동자(227)와, 상기 모듈박스(209)의 일측면 또는 양측면에 고정된 고정자(227a)와; 상기 캠 종동자(227)와 상기 축(224)을 상기 고정자(227a)를 통하여 연결하는 와이어(230)와; 상기 와이어가 움직일 수 있도록 보호하는 와이어 가이드(228)과, 상기 와이어 가이드(228)과 상기 축(224)간에 탄성부재(229) 및, 제 3 베벨기어(234)를 구비한 구동 모터(232)로 구성된다. 상기 제 2 베벨 기어(225)와 제 6 베벨 기어(225a)는 일체로 또는 개별적으로 구성될 수 있다.
상기 핑거(A)의 모듈 박스(203)는 상기 핑거(B), (C)와 동일하게 4절 링크 구조는 구비하고 있으나 구동 모터를 구비하고 있지 않기 때문에 상기 기계적 클러치 구조를 이용하여 상기 핑거(B), (C)의 횡 운동이 요구되지 않을 경우에 상기 횡운동에 사용되는 구동 모터를 상기 핑거(A)의 굽힘 운동에 사용하기 위한 것이다.
도 5a와 같이 상기 캠(231)이 상기 캠 종동자(227)와 접촉하지 않는 클러치 해제 상태(상기 핑거(B)가 펴진 상태)에서는 상기 구동 모터(232)에서 발생한 구동력은 상기 제 3베벨 기어(234)를 통하여 제 6 베벨 기어(225a) 및 제 5베벨 기어(233)을 통하여 상기 핑거(A)의 제 1 마디(202)와 연결된 상기 웜(222) 및 웜 기어(223)를 구동시킴으로써 상기 핑거(A)의 굽힘 운동이 이루어진다. 또한, 상기윔(219)에는 상기 구동력이 전달되지 않으므로 상기 핑거(B), (C)의 횡 운동은 이루어지지 않는다.
도 5b와 같이 상기 캠(231)이 상기 캠 종동자(227)와 접촉한 클러치 작동 상태(상기 핑거(B)가 최대한 굽혀진 상태)에서는 상기 캠 종동자(227)가 상기 와이어 가이드(228) 내의 상기 와이어(230)를 당기게 되고, 상기 와이어(230)와 연결된 상기 축(224)도 이동하게 되어 상기 제 6 베벨 기어(225a)는 상기 웜(222)와 분리되고 상기 제 2 베벨 기어(225)가 상기 제 4 베벨 기어(235)에 연결되어 상기 구동 모터(232)의 구동력이 상기 웜(219)에 전달됨으로써 도 4의 핑거의 횡 운동이 이루어진다. 상기 핑거(B)를 다시 펴게 되면 상기 탄성부재(229)에 의해 자동적으로 도 5a의 클러치 해제 상태로 복귀하게 되어 상기 핑거(A)의 굽힘 운동이 이루어진다. 상기와 같이, 상기 핑거(B)의 움직임을 조절함으로써, 상기 핑거(A)의 굽힘 운동과 상기 핑거(B) 및 (C)의 횡 운동 중의 하나를 선택할 수 있다. 또한, 상기 굽힘 운동 및 횡 운동은 모두 웜 및 윔 기어에 의해서 이루어지므로, 하나의 운동이 이루어지고 있는 동안에 나머지 운동은 상기 웜 기어의 특성에 의해서 외부의 힘이 가해져도 이전의 상태를 유지하게 된다.
도 5c 및 5d는 상기 핑거들의 굽힘 운동 및 평행 운동이 이루어지도록 하는 기계적 클러치의 구조의 다른 실시예를 도시한 것으로서, 상기 도 5a 및 5b와 그 기계적 동작이 반대인 것을 도시한다. 상기 제 1 베벨기어(226)과, 제 2 베벨기어(225) 및 제 6 베벨 기어(225a)의 위치를 도 5c 및 5d와 같이 변경하고, 상기 제 4 베벨기어(235)의 방향을 반대로 하여 구성되는 점을 제외하면 모두 동일하다.
도 5c의 경우, 클러치가 작동하지 않는 상태에서, 상기 제 1 베벨기어(225)가 상기 제 3 베벨기어(234)와 연결되어, 상기 구동모터(232)의 동력을 상기 제 2 베벨기어(224)를 통하여 상기 제 4 베벨기어(235)로 전달하여, 상기 핑거들을 평행이동시킨다.
도 5d의 경우, 클러치가 작동 상태에서, 상기 제 6 베벨기어(225a)가 상기 제 3 베벨기어(234)에 연결되어, 상기 구동 모터(232)의 동력을 상기 제 5 베벨기어(233)를 통하여 상기 웜(222)에 전달하여, 상기 핑거(A)가 굽힘 운동을 하도록 한다.
즉, 상기 베벨기어들의 조합을 변경하여 클러치의 작동 또는 비작동시에서의 핑거들의 횡운동 및 평행 운동을 제어할 수 있다.
도 6은 도 3a의 부분(S)를 나타내는 장착형 스트레인 게이지의 부착된 상태도를 도시한다. 상기 제 1 마디(201), (204), (207)를 구성되는 면에 4 개의 상기 스트레인 게이지(250)를 부착하여 제 1 풀 브릿지 회로(full bridge circuit)가 되도록 결선하고,만큼 떨어진 지점에도 동일하게 상기 면에 4 개의 상기 스트레인 게이지를 부착하여 제 2 풀 브릿지 회로가 되도록 결선한다. 상기 제 1 풀 브릿지 회로의 출력 전압()과 제 2 풀 브릿지 회로의 출력 전압()은 하기와 같다.
상기 수학식1 및 수학식2에서( 마디에 가해진 힘과 작용점 간의 거리)과,( 마디에 가해진 힘)는일 때 하기의 수학식3 및 4와 같다.
상기 수학식1 내지 4에서게이지 상수,브리지 회로의 입력 전압,마디의 영 계수,마디의 단면의 두께,마디의 면적 모멘트,-엠프 상수이다.
상기와 같이 2 개의 출력 전압을 측정하여 핑거에 작용하는 힘을 정확하게 예측할 수 있을 뿐 아니라, 상기 제 1 마디의 단면의 치수를 조정함으로써 스트레인 게이지의 민감도를 변화시킬 수 있다. 상기 스트레인 게이지의 출력 전압을 상기 다지 로봇 핸드의 제어부(도시되지 않음)로 전송하여 상기 제어부로부터 상기 구동 모터들을 제어하는 제어 신호를 입력받아 상기 핑거의 굽힘 운동의 조절할 수 있다.
도 7a는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 것으로서, 1 개의 굽힘 운동이 가능한 고정된 핑거와 3 개의 횡 운동 및 굽힘 운동이 가능한 핑거로 이루어진 다지 로봇 핸드를 나타낸다. 상기 횡 운동을 하는 핑거 중의 하나의 굽힘 운동에 의해 상기 고정된 핑거의 굽힘 운동 또는 상기 횡 운동을 하는 핑거의 횡 운동이 이루어진다.
도 7b는 도 7a의 다지 로봇 핸드의 횡 운동 상태를 도시한다.
도 8a는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 것으로서, 고정된 핑거가 없이 4 개의 횡 운동 및 굽힘 운동이 가능한 핑거로 이루어진 다지 로봇 핸드를 나타낸다. 상기 핑거 중의 하나 또는 그 이상의 굽힘 운동에 의해 나머지 핑거의 횡 운동이 이루어진다.
도 8b는 도 8a의 다지 로봇 핸드의 횡 운동 상태를 도시한다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 다지 로봇 핸드의 효과는 하기와 같다.
첫째, 마디로 구성된 핑거를 4 절 링크 구조를 사용하여 굽힘 운동이 가능하게 되어 실제의 손동작과 유사하게 작동할 수 있는 효과가 있다.
둘째, 기계적 클러치 구조를 사용함으로써, 상기 핑거 중에서 적어도 하나 이상은 별개의 구동 모터를 사용하지 않고 다른 핑거의 횡 운동을 구동시키는 구동 모터를 선택적으로 사용하여 굽힘 운동이 가능하게 함으로써 다지 로봇 핸드 전체의 구성 부품과 크기를 감소시키는 효과가 있다. 또한, 상기 기계적 클러치 구조에의해 상기 구동 모터를 구비하지 않는 핑거의 굽힘 운동과 다른 핑거의 횡 운동 간의 기계적 간섭이 발생하지 않는다.
셋째, 스트레인 게이지를 상기 다지 로봇 핸드에 부착함으로써, 상기 핸드의 힘(파지력)를 정확하게 예측하여 공작물에 따른 적절하고 안정된 힘을 가할 수 있는 효과가 있다.

Claims (21)

  1. 삭제
  2. 둘 이상의 마디들과, 상기 마디들 중의 상측 마디의 일측과 하측 마디의 일측 간을 힌지결합하는 제 1 관절로 구성된 제 1 핑거와; 상측 단부의 일측과 상기 제 1 핑거의 하측 마디의 타측을 힌지결합하는 제 2 관절을 구비하여 상기 제 1 핑거를 지지하는 제 1 모듈 박스와; 상기 제 1 모듈 박스가 일측면에 부착된 핸드 기저를 포함하여 구성된 다지 로봇 핸드에 있어서,
    상기 제 1 핑거의 상측 마디의 일측과 제 1 모듈 박스의 상단부의 일측에 각각 힌지 결합된 보조 링크를 추가적으로 구비하고; 상기 제 1 관절의 상측 마디와, 제 2 관절의 상기 하측 마디와, 상기 보조 링크와 상기 제 1 모듈 박스는 4절 링크 구조를 형성하며,
    상기 제 1 모듈 박스는 제 1 구동 모터와; 상기 제 1 구동 모터의 동력을 전달하는 기어 헤드와, 상기 기어 헤드와 연동하는 제 1 웜 및 제 1 웜 기어를 구비하여 상기 제 1 웜 기어를 통하여 상기 동력을 상기 하측 마디로 전달하여 상기 제 1 핑거가 굽힘 운동을 하도록 하는 것을 특징으로 하는 다지 로봇 핸드.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 하측 마디의 일측면과 상기 제 1 모듈 박스의 일측면에 인장 수단을 추가적으로 구비하여 상기 인장 수단의 인장력이 상기 하측 마디에 전달되어 상기 제 1 핑거가 굽힘 운동을 하도록 하는 것을 특징으로 하는 다지 로봇 핸드.
  4. 제 2 항에 있어서,
    일측이 상기 모듈 박스에 고정되고, 타측은 상기 보조 링크와 힌지 결합하는 커넥터를 추가적으로 구비하는 것을 특징으로 하는 다지 로봇 핸드.
  5. 둘 이상의 마디와, 상기 마디들의 단부들의 일측 간을 연결하는 관절로 구성된 제 1 핑거와; 상기 제 1 핑거를 지지하는 제 1 모듈 박스와, 상기 제 1 모듈 박스의 상단부의 일측과, 상기 제 1 핑거의 하측의 마디의 단부가 연결되고, 상기 제 1 모듈 박스의 적어도 한 면에 모듈박스통로가 있고; 측면에 소정의 개수의 핸드기저통로를 구비한 입체적 형상의 핸드 기저와; 일측은 상기 핸드기저통로를 통하여 상기 핸드 기저의 내부에서 각각 힌지결합하고, 타측은 상기 모듈박스통로를 통하여 상기 제 1 모듈 박스의 내부에서 각각 힌지결합하는 제 1 및 제 2 평행 이동구를 구비하여 상기 제 1 모듈 박스와, 상기 제 1 및 제 2 평행 이동구 및 상기 핸드 기저가 평행 사변형 4절 링크 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 다지 로봇 핸드.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 핑거의 하측 마디의 단부에 캠이 형성되고, 상기 제 1 모듈박스 내에 캠 종동자와; 상기 캠 종동자와 연결된 와이어와; 상기 핸드기저 내에 제 2 구동 모터와; 상기 제 2 구동 모터의 동력을 전달하는 제 3 베벨 기어와; 상기 제 2 구동 모터의 위에 상기 와이어와 연결되고, 소정의 간격으로 제 1 베벨 기어와 제 2 베벨 기어가 각각 형성된 축과; 상기 축의 동력을 상기 제 2 베벨기어를 통하여 전달받는 제 4 베벨기어를 구비한 웜을 추가적으로 구비하고, 상기 제 1 및 제 2 평행 이동구 중의 적어도 하나의 타측은 웜기어를 구비하는 것을 특징으로 하는 다지 로봇 핸드.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 핸드 기저는 둘 이상의 마디와, 상기 마디들의 단부들의 일측 간을 연결하는 관절로 구성된 제 2 핑거와; 상기 제 2 핑거를 지지하고, 상기 핸드 기저의 측면에 부착된 제 2 모듈 박스를 추가적으로 구비하고, 상기 제 2 모듈 박스의 상단부의 일측과, 상기 제 2 핑거의 하측 마디의 단부가 연결되고, 상기 제 2 모듈박스는 제 5 베벨 기어를 구비한 웜을 구비하고, 상기 제 2 핑거의 하측 마디는 웜기어를 구비하고, 상기 축은 제 6 베벨기어를 구비하고, 상기 제 5베벨기어는 상기 제 2 구동모터 상에 상기 축과 수직으로 있는 것을 특징으로 하는 다지 로봇 핸드.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 축 상에 상기 제 2 구동 모터를 중심으로 일측에 상기 제 2 베벨기어와 제 6 베벨기어가 있고, 그 타측에 제 1 베벨기어가 있는 경우, 캠이 동작하지 않을 때 상기 제 2 구동 모터의 동력은 제 6 베벨기어를 통해 축으로 전달되어 상기 제 5 베벨 기어를 통하여 상기 웜에 전달되고, 상기 캠이 동작할때 상기 와이어와 연결된 축이 당겨져서 상기 제 2 구동 모터의 동력이 제 3 베벨 기어를 통하여 제 1 베벨 기어를 구비한 축으로 전달되고, 상기 동력은 이어서 상기 제 4 베벨 기어로 전달되어 상기 제 1 모듈 박스를 횡운동시키는 것을 특징으로 하는 다지 로봇 핸드.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 축 상에 상기 제 2 구동 모터를 중심으로 일측에 상기 제 1 베벨기어와 제 2 베벨기어가 있고, 그 타측에 제 6 베벨기어가 있는 경우, 캠이 동작하지 않을 때 상기 제 2 구동 모터의 동력이 제 3 베벨 기어를 통하여 제 1 베벨 기어를 구비한 축으로 전달되고, 상기 동력은 이어서 상기 제 4 베벨 기어로 전달되어 상기 제 1 모듈 박스를 횡운동시키고, 상기 캠이 동작할 때 상기 와이어와 연결된 축이 당겨져서 상기 제 2 구동 모터의 동력은 제 6 베벨기어를 통해 축으로 전달되어 상기 제 5 베벨 기어를 통하여 상기 웜에 전달되는 것을 특징으로 하는 다지 로봇 핸드.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 와이어가 움직일 수 있게 상기 와이어를 둘러싸는 고정된 와이어 가이드와; 상기 와이어 가이드와 상기 축 간에 탄성부재를 추가적으로 구비하는 것을 특징으로 하는 다지 로봇 핸드.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 제 2 베벨기어와 제 6 베벨기어는 서로 붙어있는 것을 특징으로 하는 다지 로봇 핸드.
  12. 제 7 항에 있어서, 상기 다지 로봇 핸드는 상기 제 2 핑거의 상측 마디의 단부의 타측과 제 2 모듈 박스의 상단부의 타측을 연결하는 보조 링크를 추가적으로 구비하는 것을 특징으로 하는 다지 로봇 핸드.
  13. 둘 이상의 마디들과, 상기 마디들 중의 상측 마디의 일측과 하측 마디의 일측 간을 힌지결합하는 제 1 관절로 구성된 제 1 핑거와; 상단부의 일측과, 상기 제 1 핑거의 하측 마디의 타측을 힌지결합하는 제 2 관절을 구비하여 상기 제 1 핑거를 지지하는 제 1 모듈 박스; 둘 이상의 마디와, 상기 마디들의 단부들의 일측 간을 연결하는 관절로 구성된 제 2 핑거와; 상기 제 2 핑거를 지지하는 제 2 모듈 박스와, 상기 제 2 모듈 박스의 상단부의 일측과, 상기 제 2 핑거의 하측 마디의 단부가 연결되고; 상기 제 2 모듈 박스가 일측면에 부착되고, 측면에 소정의 개수의 통로를 구비한 입체적 형상의 핸드 기저로 구성되고, 상기 제 1 및 2 핑거의 상측 마디의 단부의 타측과 제 1 및 제 2 모듈 박스의 상단부의 타측을 각각 연결하는 보조 링크를 추가적으로 구비하여 상기 상측 마디와, 상기 하측 마디와, 상기 보조 링크 및 상기 제 1 모듈 박스와 제 2 모듈 박스가 각각 4절 링크 구조를 형성하고, 일측은 상기 핸드기저통로를 통하여 상기 핸드 기저의 내부에서 각각 힌지결합하고, 타측은 상기 모듈박스통로를 통하여 상기 제 1 모듈 박스의 내부에서 각각 힌지결합하는 제 1 및 제 2 평행 이동구를 구비하여 상기 제 1 모듈 박스와, 상기 제 1 및 제 2 평행 이동구 및 상기 핸드 기저가 평행 사변형 4절 링크 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 다지 로봇 핸드.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 제 1 모듈 박스는 제 1 구동 모터와; 상기 제 1 구동 모터의 동력을 전달하는 기어 헤드와, 상기 기어 헤드와 연동하는 제 1 웜 및 제 1 웜 기어를 구비하여 상기 제 1 웜 기어를 통하여 상기 동력을 상기 하측 마디로 전달하여 상기 제 1 핑거가 굽힘 운동을 하도록 하는 것을 특징으로 하는 다지 로봇 핸드.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 제 1 핑거의 하측 마디의 단부에 캠이 형성되고, 상기 제 1 모듈박스 내에 캠 종동자와; 상기 캠 종동자와 연결된 와이어와; 상기 제 2 모듈 박스 내의 제 2 구동 모터와; 상기 제 2 구동 모터의 동력을 전달하는 제 3 베벨기어와; 상기 제 2 구동 모터의 위에 상기 와이어와 연결되고, 소정의간격으로 제 1 베벨 기어와 제 2 베벨 기어가 각각 형성된 축과; 상기 축의 동력을 상기 제 2 베벨기어를 통하여 전달받는 제 4 베벨기어를 구비한 웜을 추가적으로 구비하고, 상기 제 1 및 제 2 평행 이동구 중의 적어도 하나의 타측은 웜기어를 구비하는 것을 특징으로 하는 다지 로봇 핸드.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 제 모듈 박스는 제 5 베벨 기어를 구비한 웜을 구비하고, 상기 제 2 핑거의 하측 마디는 웜기어를 구비하고, 상기 축은 제 6 베벨기어를 구비하고, 상기 제 5 베벨기어는 상기 제 2 구동모터 상에 상기 축에 수직으로 있는 것을 특징으로 하는 다지 로봇 핸드.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 축 상에 상기 제 2 구동 모터를 중심으로 일측에 상기 제 2 베벨기어와 제 6 베벨기어가 있고, 그 타측에 제 1 베벨기어가 있는 경우, 캠이 동작하지 않을 때 상기 제 2 구동 모터의 동력은 제 6 베벨기어를 통해 축으로 전달되어 상기 제 5 베벨 기어를 통하여 상기 웜에 전달되고, 상기 캠이 동작할 때 상기 와이어와 연결된 축이 당겨져서 상기 제 2 구동 모터의 동력이 제 3 베벨 기어를 통하여 제 1 베벨 기어를 구비한 축으로 전달되고, 상기 동력은 이어서 상기 제 4 베벨 기어로 전달되어 상기 제 1 모듈 박스를 횡운동시키는 것을 특징으로 하는 다지 로봇 핸드.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 축 상에 상기 제 2 구동 모터를 중심으로 일측에 상기 제 1 베벨기어와 제 2 베벨기어가 있고, 그 타측에 제 6 베벨기어가 있는 경우, 캠이 동작하지 않을 때 상기 제 2 구동 모터의 동력이 제 3 베벨 기어를 통하여 제 1 베벨 기어를 구비한 축으로 전달되고, 상기 동력은 이어서 상기 제 4 베벨 기어로 전달되어 상기 제 1 모듈 박스를 횡운동시키고, 상기 캠이 동작할 때 상기 와이어와 연결된 축이 당겨져서 상기 제 2 구동 모터의 동력은 제 6 베벨기어를 통해 축으로 전달되어 상기 제 5 베벨 기어를 통하여 상기 웜에 전달되는 것을 특징으로 하는 다지 로봇 핸드.
  19. 제 16 항에 있어서, 상기 와이어가 움직일 수 있게 상기 와이어를 둘러싸는 고정된 와이어 가이드와; 상기 와이어 가이드와 상기 축 간에 탄성부재를 추가적으로 구비하는 것을 특징으로 하는 다지 로봇 핸드.
  20. 제 17 항에 있어서, 상기 제 2 베벨기어와 제 5 베벨기어는 서로 붙어있는 것을 특징으로 하는 다지 로봇 핸드.
  21. 제 2항 또는 제 5 항 또는 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상측 마디의 바깥쪽에 다수개의 스트레인 게이지를 부착한 제 1 브리지 회로와; 상기 제 1 브리지 회로로부터 소정의 거리()만큼 떨어진 지점에 다수개의 스트레인 게이지를 부착한 제 2 브리지 회로를 구비하여, 상기 제 1 브리지 회로의 전압()과; 상기 제 2 브리지 회로의 전압()은
    ,
    으로 구해지고, 이 때
    ( 마디에 가해진 힘과 작용점 간의 거리),
    ( 마디에 가해진 힘).
    게이지 상수,
    브리지 회로의 입력 전압,
    마디의 영 계수,
    마디의 단면의 두께,
    마디의 면적 모멘트,
    엠프 상수,
    으로 측정하여 상기 마디에 가해지는 힘을 통계적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 다지 로봇 핸드.
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