KR20100112670A

KR20100112670A - 로봇핸드장치

Info

Publication number: KR20100112670A
Application number: KR1020090031066A
Authority: KR
Inventors: 이용권; 최우석; 김기덕; 이석원; 김문상
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2009-04-10
Filing date: 2009-04-10
Publication date: 2010-10-20

Abstract

본 발명은 인체의 손과 같은 형상으로 구성되는 로봇핸드장치에 관한 것이다. 본 발명의 로봇핸드장치는, 베이스프레임과; 베이스프레임에 회동가능하게 연결되는 복수개의 핑거유닛과; 각각 베이스프레임에 배치되어 핑거유닛을 회동시키기 위한 복수개의 액추에이터유닛을 가진다. 핑거유닛은 베이스프레임에 직교축의 각 축을 중심으로 회동가능하도록 결합되는 제1 베이스 링크와 제1 베이스 링크에 연쇄적으로 연동가능하게 연결되는 복수개의 링크를 구비한다. 각 액추에이터유닛은 핑거유닛의 제1 베이스 링크에 직교축 중 하나의 축을 중심으로 대향하고 직교축중 다른 하나의 축에서 이격되어 각각 회동가능하게 결합되고 독립적으로 구동되는 두 개의 작동아암을 구비한다. 이러한 구성에 의하면, 액추에이터의 작동에 따른 작동아암 각각의 전후 이동에 의해 핑거유닛은 베이스프레임에 대하여 상하 및 좌우 방향으로 회동할 수 있고, 상하 방향 회동시 핑거유닛의 각 링크는 연쇄적으로 베이스프레임쪽으로 구부러질 수 있다.

로봇핸드, 핑거, 손가락, 액추에이터, 링크, 링크아암

Description

로봇핸드장치{ROBOT HAND DEVICE}

본 발명은 로봇핸드장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인체의 손과 같은 형상으로 구성되는 로봇핸드장치에 관한 것이다.

물체를 파지하기 위한 로봇핸드장치는 여러 가지 형태를 취할 수 있지만 가장 좋은 형태는 인체의 손의 형태를 취하는 것이다. 이것은 인체의 손이 가지는 장점을 로봇핸드에 구현할 수 있기 때문이다. 이와 관련하여, 로봇핸드는 간단한 기구와 높은 힘 효율로서 인체의 손의 동작과 유사한 동작을 구현하는 것이 요청된다. 또한, 로봇핸드는 단순한 형상의 물체 외에도 불특정 형상의 물체를 자연스럽고 안정적으로 파지할 수 있는 것이 요청된다.

인체의 손의 형태를 모방한 종래의 로봇핸드장치는 그 손가락 관절이 관절축과 모터가 감속기를 통하여 연결되는 구조를 채용하고 있어서, 구조가 비교적 복잡하고 힘의 효율이 낮다는 문제점이 있다. 또한, 불특정 형상의 물체를 부드럽고 자연스럽게 파지하지 못하는 문제점이 있다. 그러므로, 간단한 구조로 구성되고 높은 힘 효율로 불특정의 물체를 자연스럽게 파지할 수 있는 로봇핸드장치가 요구된다.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 간단한 구조로 구성되고 높은 힘 효율로서 불특정 형상의 물체를 파지할 수 있는 로봇핸드장치를 제공하는 것이다.

위와 같은 목적 및 그 밖의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 베이스프레임과; 상기 베이스프레임에 제1 직교축의 각 축을 중심으로 회동가능하도록 결합되는 제1 베이스 링크를 포함하는 제1 핑거유닛과; 상기 베이스프레임에 배치되고, 상기 제1 베이스 링크에 회동가능하게 연결되고 독립적으로 구동되는 두 개의 작동아암을 구비하는 제1 액추에이터유닛을 포함하고, 상기 제1 액추에이터유닛의 두 개의 작동아암은 상기 제1 직교축 중 하나의 축을 중심으로 서로 대향하고 상기 제1 직교축 중 다른 하나의 축으로부터 각각 이격되어 상기 제1 베이스 링크에 회동가능하게 각각 결합되는 로봇핸드장치가 제공된다.

상기 로봇핸드장치는 상기 베이스프레임에 회동가능하게 결합되는 회동프레임과; 상기 회동프레임에 제2 직교축의 각 축을 중심으로 회동가능하도록 결합되는 제2 베이스 링크를 포함하는 제2 핑거유닛과; 상기 회동프레임에 배치되고, 상기 제2 베이스 링크에 회동가능하게 연결되고 독립적으로 구동되는 두 개의 작동아암을 구비하는 제2 액추에이터유닛을 더 포함할 수 있다. 상기 제2 액추에이터유닛의 두 개의 작동아암은 상기 제2 직교축 중 하나의 축을 중심으로 서로 대향하고 상기 제2 직교축 중 다른 하나의 축으로부터 각각 이격되어 상기 제2 핑거유닛의 제2 베이스 링크에 회동가능하게 각각 결합된다.

상기 제1 핑거유닛은 상기 제1 베이스 링크에 연쇄적으로 연동가능하게 연결된 복수개의 링크를 포함할 수 있고, 상기 제2 핑거유닛은 상기 제2 베이스 링크에 연쇄적으로 연동가능하게 연결된 복수개의 링크를 포함할 수 있다.

상기 제1 핑거유닛의 상기 복수개의 링크는 상기 제1 베이스 링크에 회동가능하게 연결된 제1 중간 링크 및 상기 제1 중간 링크에 회동가능하게 연결된 제1 말단 링크를 포함할 수 있다. 상기 제1 핑거유닛은 상기 베이스프레임과 상기 제1 중간 링크의 일단부에 양단이 회동가능하게 결합되는 제1 링크아암부재와, 상기 제1 베이스 링크의 타단부와 상기 제1 말단 링크의 일단부에 양단이 회동가능하게 결합된 제1 링크아암부재를 더 구비할 수 있다. 상기 제1 링크아암부재는 상기 제1 베이스 링크의 양측 회동점 사이의 거리보다 짧은 길이를 갖고, 상기 제2 링크아암부재는 상기 제1 중간 링크의 양측 회동점 사이의 거리보다 짧은 길이를 갖는다.

상기 제2 핑거유닛의 상기 복수개의 링크는 상기 제2 베이스 링크에 회동가능하게 연결된 제2 말단 링크를 포함할 수 있다. 상기 제2 핑거유닛은 상기 회동프레임과 상기 제2 말단 링크의 일단부에 양단이 회동가능하게 결합된 링크아암부재를 더 구비할 수 있다. 상기 제2 핑거유닛의 링크아암부재는 상기 제2 핑거유닛의 상기 제2 베이스 링크의 양측 회동점 사이의 거리보다 짧은 길이를 갖는다.

또한, 본 발명은, 베이스프레임과; 상기 베이스프레임에 연결되는 제1 베이스 링크와 상기 제1 베이스 링크에 연쇄적으로 연동가능하게 연결되는 복수개의 링 크를 각각 구비하는 복수개의 제1 핑거유닛과; 상기 베이스프레임에 회동가능하게 결합되는 회동프레임과; 상기 회동프레임에 연결되는 제2 베이스 링크와 상기 제2 베이스 링크에 연쇄적으로 연동가능하게 연결되는 복수개의 링크를 구비하는 제2 핑거유닛과; 제1 힌지부와 상기 제1 힌지부의 회동축에 직교하는 회동축을 갖는 제2 힌지부를 각각 구비하고, 상기 제1 핑거유닛의 제1 베이스 링크 또는 상기 제2 핑거유닛의 제1 베이스 링크를 상기 베이스프레임 또는 상기 회동프레임에 결합시키는 복수개의 힌지유닛과; 상기 제1 핑거유닛의 제1 베이스 링크 또는 상기 제2 핑거유닛의 제2 베이스 링크에 회동가능하게 연결되고 독립적으로 구동되는 두 개의 작동아암을 각각 구비하는 복수개의 액추에이터유닛을 포함하는 로봇핸드장치를 제공한다. 상기 힌지유닛은 상기 베이스프레임 또는 상기 회동프레임에 제1 힌지부를 중심으로 회동가능하게 결합되고, 상기 제1 핑거유닛의 제1 베이스 링크 또는 상기 제2 핑거유닛의 제2 베이스 링크는 상기 힌지유닛의 제2 힌지부에 회동가능하게 결합되고, 상기 두 개의 작동아암은 상기 제1 힌지부를 중심으로 서로 대향하고 상기 제2 힌지부로부터 각각 이격되어 상기 제1 핑거유닛의 제1 베이스 링크 또는 상기 제2 핑거유닛의 제2 베이스 링크에 회동가능하게 결합된다.

상기 제1 핑거유닛의 상기 복수개의 링크는 상기 제1 베이스 링크에 회동가능하게 연결된 제1 중간 링크 및 상기 제1 중간 링크에 회동가능하게 연결된 제1 말단 링크를 포함할 수 있고, 상기 제1 핑거유닛은 상기 힌지유닛과 상기 제1 중간 링크의 일단부에 양단이 회동가능하게 결합되는 제1 링크아암부재와, 상기 제1 베이스 링크의 타단부와 상기 제1 말단 링크의 일단부에 양단이 회동가능하게 결합된 제1 링크아암부재를 더 구비할 수 있다. 상기 제1 링크아암부재는 상기 제1 베이스 링크의 양측 회동점 사이의 거리보다 짧은 길이를 갖고, 상기 제2 링크아암부재는 상기 제1 중간 링크의 양측 회동점 사이의 거리보다 짧은 길이를 갖는다.

상기 제2 핑거유닛의 상기 복수개의 링크는 상기 제2 핑거유닛의 제2 베이스 링크에 회동가능하게 연결된 제2 말단 링크를 포함할 수 있고, 상기 제2 핑거유닛은 상기 회동프레임에 배치된 힌지유닛과 상기 제2 말단 링크의 일단부에 양단이 회동가능하게 결합된 링크아암부재를 더 구비할 수 있다. 상기 제2 핑거유닛의 링크아암부재는 상기 제2 핑거유닛의 상기 제2 베이스 링크의 양측 회동점 사이의 거리보다 짧은 길이를 갖는다.

상기 로봇핸드장치들에서, 상기 액추에이터유닛은 독립적으로 제어가능한 두 개의 액추에이터를 포함할 수 있다. 각각의 액추에이터는 각각의 작동아암에 연결된다. 상기 액추에이터는 리니어액추에이터를 포함할 수 있다.

상기 로봇핸드장치들에서, 상기 제1 핑거유닛의 제1 및 제2 링크아암부재 중 어느 하나 또는 둘 다 또는 상기 제2 핑거유닛의 링크아암부재는 길이방향으로 신축가능한 링크아암조립체를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2 링크아암부재는, 일단부가 상기 제1 베이스 링크의 타단부에 회동가능하게 결합되는 제1 연결봉과, 일단부가 상기 제1 말단 링크의 일단부에 회동가능하게 결합되는 제2 연결봉과, 상기 제1 연결봉의 일부와 상기 제2 연결봉의 일부를 슬라이드가능하게 수용하는 하우징과, 상기 하우징 내에 배치되고 상기 제1 연결봉 및 제2 연결봉 중 어느 하나 또는 둘 다의 슬라이드이동에 대항하는 바이어 스힘을 발생시키는 스프링을 포함할 수 있다.

상기 로봇핸드장치들은 상기 베이스프레임과 상기 회동프레임 사이에 배치되고, 상기 회동프레임을 상기 베이스프레임에 대하여 정회전 또는 역회전시키기 위한 회전모터를 더 포함할 수 있다.

상기 로봇핸드장치들은 상기 베이스프레임 상에 장착되어 상기 회동프레임을 상기 베이스프레임에 대하여 회동시키는 추가의 액추에이터를 더 포함할 수 있다.

상기 로봇핸드장치들은 상기 회동프레임에 대향하게 상기 베이스프레임에 제거가능하게 결합되는 서브베이스프레임을 더 포함할 수 있다. 상기 서브베이스프레임에는 제3 직교축의 각 축을 중심으로 회동가능하게 결합되는 제3 베이스 링크를 포함하는 제3 핑거유닛이 연결될 수 있다. 또한, 상기 서브베이스프레임에는 제3 힌지유닛의 제2 힌지부에 회동가능하게 결합되는 제3 베이스 링크를 포함하는 제3 핑거유닛이 연결될 수 있다.

본 발명의 로봇핸드장치에 의하면, 각 핑거유닛은 직교하는 두 개의 축을 중심으로 회동가능하게 베이스프레임에 결합되고, 두 개의 액추에이터가 핑거유닛을 두 개의 축을 중심으로 회동시킨다. 또한, 핑거유닛의 각 링크는 액추에이터의 일방향의 작동에 의해 연쇄적으로 구부러지도록 구성된다. 그러므로, 본 발명의 로봇핸드장치는 인체의 손의 손가락의 동작과 유사한 동작을 실행하여, 구형, 주형(柱形), 박판형, 또는 그 외의 불특정 형상의 물체를 정밀하게 파지할 수 있다. 또한, 핑거유닛과 이의 일단에 작동아암이 회동가능하게 결합되는 액추에이터의 구 조로 인해, 로봇핸드장치는 간단한 구조로 구성될 수 있고 큰 강성을 유지하면서 높은 힘 효율로 불특정의 물체를 자연스럽게 파지할 수 있다.

첨부된 도면의 실시예를 통해 본 발명의 로봇핸드장치에 대해 상세하게 설명한다. 본원에서, “전방”이라는 용어는 로봇핸드장치에서 핑거유닛이 연장되는 방향을 의미하고, “후방”이라는 용어는 그 반대 방향을 의미한다. 또한, “회동가능하게 결합”이라는 용어는 “힌지결합”을 포함한다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇핸드장치(10)는 인체의 손의 형상 및 구조와 유사하게 구성되어 있다. 로봇핸드장치(10)는 베이스프레임(110)과, 베이스프레임(110)에 회동가능하게 연결되는 복수개의 제1 핑거유닛(210, 210')과, 베이스프레임(110)의 일측에 힌지결합된 회동프레임(120)과, 회동프레임(120)에 회동가능하게 연결되는 제2 핑거유닛(220)과, 각 핑거유닛과 베이스프레임(110) 또는 회동프레임(120)을 힌지결합시키는 힌지유닛(300)과, 베이스프레임(110) 또는 회동프레임(120)에 설치되고 각 핑거유닛을 회동시키기 위해 작동가능한 복수개의 액추에이터유닛(400)을 포함한다. 제1 핑거유닛들(210, 210')은 인체의 손의 식지(食指), 중지(中指), 약지(藥指) 및 소지(小指)에 대응할 수 있다. 제2 핑거유닛(220)은 인체의 손의 무지(拇指)에 대응할 수 있다.

베이스프레임(110)은 로봇핸드장치(10)의 골격을 구성한다. 도시된 실시예에서, 베이스프레임(110)은 평판형상으로 이루어진다. 베이스프레임(110)은 평판형상 이외에 임의의 평평한 구조물로서 형성될 수도 있다. 베이스프레임(110)은 로봇핸드장치(10)의 손바닥 또는 손등으로서 기능할 수 있다. 다른 실시예로서, 손바닥 또는 손등 형상의 부재가 베이스프레임(110)에 부착될 수도 있다.

로봇핸드장치(10)는 베이스프레임(110)을 로봇의 아암(도시하지 않음)에 장착하기 위한 요소들을 구비할 수 있다. 상기 요소로서, 도시된 바와 같이, 마운트플레이트(31)와, 양단이 각각 마운트플레이트(31)와 베이스프레임(110)에 결합되어 베이스프레임(110)을 지지하는 서포트바(32, 33)가 사용될 수 있다.

회동프레임(120)은 제2 핑거유닛(220)을 지지한다. 회동프레임(120)은 도시된 실시예와 같이 평판형상을 가지며, 인체의 손에서 무지가 움직이는 형태에 대응하도록 소정 각도로 구부러져 있다. 회동프레임(120)은 평판형상 이외에 소정 각도로 구부러진 임의의 평평한 구조물로 형성될 수 있다.

회동프레임(120)은 제1 핑거유닛(210, 210')에 이격되어 베이스프레임(110)의 일측부에 힌지결합되어 있다. 도 4를 참조하면, 회동프레임(120)의 힌지결합을 위해, 베이스프레임(110)의 일측부(즉, 제1 핑거유닛(210, 210')이 결합되는 베이스프레임(110)의 일단부에서 대체로 직각의 위치에 놓이는 베이스프레임(110)의 부분)에는 힌지브라켓(111, 112a, 112b)이 형성되어 있고, 회동프레임(120)의 베이스프레임(110)의 일측부에 대향하는 측부에는 U자형의 힌지브라켓(121a, 121b)이 형성되어 있다. 힌지브라켓의 일측(121a)이 힌지브라켓(111)에 힌지결합되고 힌지브라켓의 타측(121b)이 힌지브라켓(112a, 112b) 사이에 힌지결합되어, 회동프레임(120)이 베이스프레임(110)에 힌지결합된다. 또한, 힌지브라켓의 일측(121a)은 회전모터(122)의 회전축을 통해 힌지브라켓(111)에 힌지결합된다. 회전모터(122) 는 정회전 또는 역회전 가능하다. 따라서, 회전모터(122)의 정회전 또는 역회전에 의해 회동프레임(120)은 베이스프레임(110)에 대하여 소정 범위 내에서 회동가능하다.

회동프레임(120)은 도시된 실시예와는 다른 방식으로 베이스프레임(110)에 대하여 회동될 수도 있다. 예컨대, 베이스프레임(110)의 상면(110a)에 리니어액추에이터를 설치하고, 그 작동아암의 단부를 회동프레임(120)에 힌지결합시키는 구성을 채용할 경우, 리니어액추에이터의 작동아암의 전후이동에 의해 회동프레임(120)이 베이스프레임(110)에 대하여 소정 범위 내에서 회동할 수도 있다.

한편, 로봇핸드장치(10)는 베이스프레임(110)에 연결되는 서브베이스프레임(110')을 더 포함할 수 있다. 서브베이스프레임(110')은 베이스프레임(110)의 형상과 유사하게 평판 형상을 가지며, 베이스프레임(110)의 회동프레임(120)에 대향하는 가장자리를 따라 위치한다. 서브베이스프레임(110')은 예컨대 베이스프레임(110)과 서브베이스프레임(110')에 모두 결합되는 연결판(113)을 통해 베이스프레임(110)에 제거가능하게 결합된다. 서브베이스프레임(110')에는 제3 핑거유닛(230)과 힌지유닛(300)과 액추에이터유닛(400)이 배치될 수 있다. 제3 핑거유닛(230)은 제1 핑거유닛(210, 210')과 동일한 방식으로 구성되며, 인체의 손의 약지 또는 소지에 대응할 수 있다. 도시된 실시예와는 달리, 베이스프레임(110)에 3개의 제1 핑거유닛이 배치되고 서브베이스프레임(110')에 하나의 제3 핑거유닛이 배치될 수도 있다. 또한, 서브베이스프레임(110') 없이 베이스프레임(110)에만 4개의 제1 핑거유닛이 배치될 수도 있다. 즉, 로봇핸드장치(10)는 인체의 손과 같 이 그 베이스프레임(110)과 서브베이스프레임(110')에 무지를 제외한 4개의 핑거유닛이 배치되도록 구성될 수도 있다.

본 발명의 로봇핸드장치에서는, 핑거유닛들은 로봇핸드장치의 프레임(예컨대, 베이스프레임, 회동프레임, 서브베이스프레임)에 그들의 후방단부에서 직교축의 각 축을 중심으로 회동가능하게 결합된다. 예컨대, 도시된 실시예에서, 제1 핑거유닛(210, 210')은 베이스프레임(110)에 제1 직교축의 각 축을 중심으로 회동가능하게 결합되어 있고, 제2 핑거유닛(220)은 회동프레임(120)에 제2 직교축의 각 축을 중심으로 회동가능하게 결합되어 있고, 제3 핑거유닛(230)은 서브베이스프레임(120)에 제3 직교축의 각 축을 중심으로 회동가능하게 결합되어 있다. 이러한 각 핑거유닛의 2축 회동을 위해, 예시적 실시예로서, 각 핑거유닛(210, 210', 220, 230)을 베이스프레임(110), 서브베이스프레임(110') 또는 회동프레임(120)에 힌지결합시키는 힌지유닛(300, 300', 300")이 채용된다. 도시된 실시예에서는, 각 핑거유닛(210, 210', 220, 230)을 위해 제1 힌지유닛(300), 제2 힌지유닛(300') 및 제3 힌지유닛(300")이 사용되고 있다. 이들 힌지유닛(300, 300', 300")은 동일하게 구성되어 있으므로, 제1 핑거유닛(210)을 베이스프레임(110)에 결합시키는 힌지유닛(300)에 대해서만 설명한다.

도 5 내지 도 7을 참조하면, 힌지유닛(300)은 직교축의 제1 축(A1)과 제1 축(A1)에 수직한 제2 축(A2)을 중심으로 하는 회동을 제공하도록 구성되어 있다. 힌지유닛(300)은 대체로 수직으로 구부러져 있는 힌지블록(310)과, 힌지블록(310)의 일측에 제1 축(A1)을 중심으로 한 회동을 제공하는 제1 힌지부(320)와, 힌지블 록(310)의 타측에 제2 축(A2)를 중심으로 한 회동을 제공하는(즉, 제1 힌지부(320)의 회동축에 직교하는 회동축을 갖는) 제2 힌지부(330)를 구비한다. 힌지블록(310)은 베이스프레임(110)에 결합되는 제1 부분(311)과 제1 부분(311)에서 수직으로 연장되어 있는 제2 부분(312)을 가진다. 제1 힌지부(320)는 제1 부분(311)에 형성되고 제2 힌지부(330)는 제2 부분(312)에 형성된다. 제2 부분(312)의 전방단부는 후술하는 제1 핑거유닛의 제1 링크아암(214)을 수용하도록 U자형으로 형성되어 있다. 힌지유닛(300)은 도시된 바와는 달리 형성될 수도 있다. 에컨대, 힌지블록(310)은 십자형상으로 형성될 수도 있고, 제1 힌지부(320)와 제2 힌지부(330)는 십자형상의 직교하는 부분에 각각 마련될 수도 있다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 힌지유닛(300, 300', 300")의 베이스프레임(110), 서브베이스프레임(110') 및 회동프레임(120)에의 고정을 위해, 베이스프레임(110), 서브베이스프레임(110') 및 회동프레임(120)의 전방 단부에는 러그(114, 114', 124)가 형성되어 있다. 또한, 러그(114, 114', 124))의 직후방에 제1 힌지부(320)에 결합하는 힌지서포트(321)가 안착부(115, 115', 125)에 고정된다. 힌지유닛(300)의 제1 힌지부(320)는 러그(114, 115' ,125)와 힌지서포트(321)에 회동가능하게 결합된다. 또한, 도 6을 참조하면, 힌지유닛(300)의 제2 힌지부(330)는 후술하는 제1 핑거유닛(210)의 제1 베이스 링크(211)의 후방단부에 형성된 통공(211a)에 예컨대 핀부재(도시하지 않음)로 힌지결합된다.

이와 같이, 힌지유닛(300)에 의해 제1 핑거유닛(210)이 베이스프레임(110)에 결합되므로, 제1 핑거유닛(210)은 힌지유닛(300)의 제1 힌지부(320) 및 제2 힌지 부(330)를 중심으로, 즉 제1 및 제2 축(A1, A2)을 중심으로 회동할 수 있다(예컨대, 베이스프레임(110)의 상면에서 볼 때 좌우방향의 요동 또는 측면에서 볼때 상하방향의 요동). 그러므로, 제1 핑거유닛(210)은 베이스프레임(110)에 직교하는 두 개의 축을 중심으로 회동가능하게 결합된다.

도 1 내지 도 6을 참조하여, 로봇핸드장치(10)의 핑거유닛들(210, 210', 220, 230)을 설명한다. 일 실시예로서, 제1 내지 제3 핑거유닛(210, 210', 230)은 인체의 손의 식지, 중지, 약지 및 소지에 대응하도록 구성되는데, 예컨대 3개의 관절부와 이 관절부를 통해 연쇄적으로 관절운동하는 3개의 부분을 포함한다. 제2 핑거유닛(220)은 인체의 손의 무지에 대응하도록 구성되는데, 예컨대 2개의 관절부와 이 관절부를 통해 연쇄적으로 관절운동하는 2개의 부분을 포함한다. 제1 및 제3 핑거유닛(210, 210', 230)은 치수에서 달리 구성될 수 있지만, 동일한 구조로 구성된다. 제2 핑거유닛(220)은 제1 핑거유닛(210, 210', 230)의 구조를 단순화한 형태로 구성된다. 그러므로, 제1 핑거유닛(210)을 예로 들어 핑거유닛에 대해 설명하고, 나머지 핑거유닛에 대해서는 설명을 생략한다.

제1 핑거유닛(210)은 3개의 관절부(210a, 210b, 210c)를 통해 베이스프레임(110)에 대하여 관절운동식으로 구부러지도록 또는 각 부분이 연동하면서 구부러지도록 구성되어 있다. 제1 핑거유닛(210)은 3개의 링크(211, 212, 213)와 2개의 링크아암(214, 215)을 포함한다. 각 링크(211, 212, 213)는 상기 관절부를 통해 베이스프레임에 대하여 회동가능하고, 인접하는 것끼리 힌지연결되거나 힌지결합되어 있다. 링크아암(214, 215)은 링크들(212, 213)을 제1 핑거유닛이 구부러지거나 펴지는 방향으로 연동시킨다. 이하에서는, 상기 3개의 링크(211, 212, 213)는 베이스프레임(110)으로부터 차례로 제1 베이스 링크(211), 제1 중간 링크(212) 및 제1 말단 링크(213)로 참조되고, 상기 2개의 링크아암(214, 215)은 제1 링크아암(214) 및 제2 링크아암(215)으로 참조된다.

제1 베이스 링크(211)는 대체로 길다란 중공육면체의 형상을 가진다. 제1 베이스 링크(211)는 그 후방단부 부근에 형성된 통공(211a)을 통해 제1 힌지유닛(300)의 제2 힌지부(330)에 결합된다. 제1 베이스 링크(211)는 후방단부에 후술하는 액추에이터유닛(400)의 작동아암(411a, 411b)에 결합되는 연결부(211b)를 가진다. 제1 베이스 링크(211)의 상부에는 제1 링크아암(214)과의 간섭을 피하도록 길다란 개구부(211c)가 형성되어 있다. 제1 베이스 링크(211)의 전방단부는 제1 중간 링크(212)의 후방단부를 수용하도록 U자형으로 형성되어 삽입공간(211d)을 형성하고 있다. 제1 베이스 링크(211)의 전방단부에는 대체로 중간에 제1 중간 링크(212)와의 힌지결합을 위한 통공(211e)과 통공(211e)의 위쪽에 제2 링크아암(215)과의 연결을 위한 통공(211f)이 형성되어 있다. 삽입공간(211d)의 양측의 통공(211f)을 관통해 핀부재(211g)가 장착된다.

제1 중간 링크(212)는 대체로 길다란 중공육면체의 형상을 가진다. 제1 중간 링크(212)의 후방단부는 제1 베이스 링크의 삽입공간(211d) 내로 삽입되는 삽입부(212a)를 가진다. 제1 중간 링크(212)는 삽입부(212a)의 중간에 제1 베이스 링크(211)와의 힌지결합을 위한 힌지부(212b)를 가진다. 힌지부(212b)는 베어링을 포함할 수 있다. 힌지부(212b)와 제1 베이스 링크(211)의 통공(211e)이 결합되어 제1 중간 링크(212)는 제1 베이스 링크(211)에 회동가능하게 결합된다.

제1 중간 링크(212)는 힌지부(212b)의 위쪽에 제1 베이스 링크(211)의 핀부재(211g)가 관통하는 원호형의 슬롯(212c)을 가진다. 후술하는 제2 링크아암(215)의 후방단부는 제1 베이스 링크의 핀부재(211g)에 회동가능하게 결합되는데, 본 발명의 실시예에서는, 제1 중간 링크(212)의 제1 베이스 링크(211)에 대한 회동시 핀부재(211g)와 삽입부(212a)의 간섭이 없도록 슬롯(212c)이 형성되어 있다. 슬롯(212c)은 삽입부(212a)를 관통하여 형성되어 있으며, 슬롯(212c)의 곡률은 제1 중간 링크(212)의 임의의 점의 힌지부(212b)를 중심으로 한 회동곡률에 대응한다. 슬롯(212c)의 길이를 적절히 설계함으로써, 슬롯(212c)이 제1 중간 링크(212)의 제1 베이스 링크(211)에 대한 회동범위를 한정하는 요소로서도 기능할 수도 있다. 제1 중간 링크(212)가 제1 베이스 링크(210)에 결합할 때, 핀부재(211g)가 통공(211f)과 슬롯(212c)을 관통해 연장된다. 또한, 핀부재(211g)에는 제1 링크아암(214)의 후방단부의 통공(215a2)이 끼워진다. 한편, 선택적으로, 제1 중간 링크(212)는 슬롯(212c) 없이 구성될 수도 있다. 즉, 삽입부(212a)의 힌지부(212b)의 위쪽을 제거하는 경우에도, 제2 링크아암(215)의 후방단부는 제1 베이스 링크(211)의 전방단부(즉, 핀부재(211g))에 제1 중간 링크(212)와 간섭없이 결합될 수 있다.

삽입부(212a)의 힌지부(212b)의 아래쪽에는 제1 링크아암(214)의 전방단부와의 결합을 위한 통공(212d)이 형성되어 있다. 제1 중간 링크(212)의 전방단부는 제1 말단 링크(213)의 후방단부를 수용하도록 U자형으로 형성되어 삽입공간(212e) 을 형성한다. 제1 중간 링크(212)의 전방단부에는 대체로 중간에 제1 말단 링크(213)와 힌지결합을 위한 통공(212f)이 형성되어 있다. 삽입부(212a)의 상측에는 제2 링크아암(215)의 후방단부와 간섭을 피하도록 개구부(212g)가 형성되어 있다.

제1 말단 링크(213)는 전방단부가 폐쇄되어 있고 대체로 길다란 중공육면체의 형상을 가진다. 제1 말단 링크(213)의 후방단부는 제1 중간 링크(212)의 삽입공간(212e) 내로 삽입되는 삽입부(213a)를 가진다. 제1 말단 링크(213)는 삽입부(213a)의 중간에 제1 중간 링크(212)와의 힌지결합을 위한 힌지부(213b)를 가진다. 힌지부(213b)는 베어링을 포함할 수 있다. 힌지부(213b)와 제1 중간 링크의 통공(212f)이 힌지결합되어 제1 말단 링크(213)는 제1 중간 링크(212)에 회동가능하게 결합된다. 삽입부(213a)의 힌지부(213b)의 아래쪽에는 제2 링크아암(215)의 전방단부와 연결되는 통공(213c)이 형성되어 있다.

제1 링크아암(214)의 후방단부는 힌지유닛(300)의 제2 부분(312)에 핀부재(214a)로 힌지결합된다. 제1 링크아암(214)의 전방단부는 핀부재(214b)를 통해 제1 중간 링크(212)의 통공(212d)과 힌지결합된다. 따라서, 제1 중간 링크(212)는 제1 베이스 링크(211)를 거쳐 힌지유닛(300)에 연결되는 한편, 제1 링크아암(214)을 거쳐 힌지유닛(300)에 연결된다.

제2 링크아암(215)의 후방단부는 그 통공(215a2)이 제1 베이스 링크(210)의 통공(211f)에 끼워지고 슬롯(212c)을 관통하고 있는 핀부재(211g)에 힌지결합되어 있다. 제2 링크아암(215)의 전방단부는 핀부재(215f)를 통해 제1 말단 링크(213) 의 통공(213c)에 힌지결합된다.

도 7을 참조하여 링크아암들(214, 215)과 링크들(211, 212, 213)의 결합관계를 더 설명하면, 각 링크아암의 전방단부 및 후방단부는 각 힌지부(211a, 212b, 213c)를 연결하는 가상선을 중심으로 서로 마주하게 놓인다. 또한, 각 링크아암(214, 215)의 양단부의 회동점들 사이의 거리는 링크아암(214, 215)이 놓이는 각 링크(211, 212)의 양단부의 회동점들 사이의 거리보다 짧다. 이러한 링크아암들(214, 215)과 링크들(211, 212, 213)의 결합 및 치수에 의해, 제1 핑거유닛(210)이 예컨대 도 8에서 베이스프레임(110) 쪽으로 회동할 때, 각 링크(212, 213)는 링크아암(214, 215)에 의해 연쇄적으로 베이스프레임(110) 쪽으로 회동할 수 있다.

본 발명의 로봇핸드장치(10)는 핑거유닛의 파지력에 완충력을 부여하여 물체를 더욱 부드럽게 파지하기 위한 완충장치를 핑거유닛에 구비한다. 상기 완충장치는 예컨대 제1 중간 링크(212)에 대한 제1 말단 링크(213)의 회동에 물체를 파지하는 방향으로 또는 그 반대 방향으로 탄성력 또는 바이어스힘을 인가한다. 따라서, 로봇핸드장치(10)는 상기 완충장치의 탄성력 또는 바이어스힘으로 더욱 부드럽게 물체를 파지할 수 있다. 일 실시예로서, 상기 완충장치는 제1 중간 링크(212)와 제1 말단 링크(213)에 연결되도록 구성된다. 또한, 일 실시예로서, 상기 완충장치는 제2 링크아암(215)과 일체로 구성될 수 있다. 이 경우, 제2 링크아암(215)은 그 길이방향으로 신축가능한 링크아암조립체로 구성될 수 있다. 또한, 다른 실시예로서, 상기 완충장치는 제2 링크아암(215)과 일체로 구성되어, 제2 링크아암(214)이 그 길이방향으로 신축가능한 링크아암조립체로 구성될 수도 있다. 또 한, 다른 실시예로서, 제1 및 제1 링크아암(214, 215)의 각각이 그 길이방향으로 신축가능한 링크아암조립체로 구성될 수도 있다.

도 6을 다시 참조하면, 제2 링크아암(215)은 그 길이방향으로 신축가능하도록 구성되며, 그 안에 바이어스힘을 인가하는 스프링요소를 구비한다. 상세하게는, 제2 링크아암(215)은 그 후방단부를 포함하는 제1 연결봉(215a)과, 그 전방단부를 포함하는 제2 연결봉(215b)과, 제1 및 제2 연결봉(215a, 215b)의 일부를 수용하고 있는 하우징(215c)과, 제1 연결봉(215a)에 끼워져 하우징(215c) 내에 배치되는 압축코일스프링(215d)을 포함한다. 하우징(215c)은 양단부에 통공(215c1, 215c2)이 형성되고 내부에 길이방향으로 중공부(215c3)를 가진다. 통공(215c1)의 부근에는 횡방향으로 통공(215c4)이 형성되어 있다. 통공(215c2)의 직경은 중공부(215c3)의 직경보다 작다.

제1 연결봉(215a)의 전방단부는 나머지 부분의 직경보다 큰 직경을 가지는 플랜지부(215a1)를 가진다. 플랜지부(215a1)의 직경은 대체로 중공부(215c3)의 직경에 대응한다. 제1 연결봉(215a)은 그 후방단부가 통공(215c1)을 지나 연장되는 식으로 하우징(215c) 내에 위치한다. 제1 연결봉(215a)의 후방단부에는 통공(215a2)이 형성되어 있다. 전술한 바와 같이, 핀부재(211g)가 제1 연결봉(215a)의 통공(215a2)에 끼워져 슬롯(212c)을 관통해 제1 중간 링크(211)의 통공(211f)에 양단부가 지지된다. 즉, 제1 연결봉(215a)의 후방단부는 제1 베이스 링크(211)의 회동시 핀부재(211g)에 의해 가압되거나 당겨진다.

제2 연결봉(215b)의 후방단부에는 통공(215b2)이 형성되어 있고, 핀부 재(215c5)가 하우징의 통공(215c4)과 제2 연결봉의 통공(215b2)을 관통하여, 제2 연결봉(215b)이 하우징(215c)과 결합된다. 핀부재(215f)가 제1 말단 링크의 삽입부(213a)와 제2 연결봉의 전방단부의 통공(215b1)을 관통하여 제2 연결봉(215b)이 제1 말단 링크(213)와 회동가능하게 결합된다.

압축코일스프링(215d)은 하우징의 중공부(215c3) 내에서 제1 연결봉의 플랜지부(215a1)와 하우징(215c)의 후방단부 사이에 위치한다. 압축코일스프링(215d)은 약간의 예압 하에서 하우징(215c) 내에 배치된다. 따라서, 제2 링크아암(215)의 무부하 상태에서, 압축코일스프링(215d)의 바이어스힘에 의해 제1 연결봉의 플랜지부(215a1)와 제2 연결봉(215b)의 후방단부가 접촉해 있다. 제1 베이스 링크(211)가 베이스프레임(110) 쪽으로 회동하면서 연동작용으로 제1 중간 링크(212)가 회동할 때, 그러한 회동력은 접촉해 있는 제1 연결봉의 플랜지부(215a1)와 제2 연결봉(215b)의 후방단부를 통해 전달되어 제1 말단 링크(213)가 회동된다. 제1 베이스 링크(211)가 반대로 회동할 때, 압축코일스프링(215d)의 바이어스힘에 의해 제2 링크아암(215)이 유지되면서 제1 말단 링크(213)가 반대로 회동할 수 있다.

도 1 내지 도 3 및 도 5를 참조하여, 액추에이터유닛에 대하여 설명한다. 본 발명의 로봇핸드장치에 의하면, 액추에이터유닛은 핑거유닛과 동수로 마련된다. 액추에이터유닛들의 각각은 독립적으로 제어될 수 있고, 동시에 제어될 수도 있다. 따라서, 본 발명의 로봇핸드장치의 각 핑거유닛은 독립적으로 작동가능하다. 도시된 실시예에서는, 베이스프레임(110)에 2개의 제1 액추에이터유닛(400)과, 회동프레임(120)에 한개의 제2 액추에이터유닛(400')과, 서브베이스프레임(110')에 한개 의 제3 액추에이터유닛(400")이 배치된다. 또한, 본 발명의 로봇핸드장치에 의하면, 액추에이터유닛(400, 400', 400")은 핑거유닛의 후방단부(상세하게는, 제1 핑거유닛의 제1 베이스 링크의 연결부(211b), 제2 핑거유닛의 제2 베이스 링크의 연결부, 제3 핑거유닛의 제3 베이스 링크의 연결부)에 회동가능하게 결합된다. 또한, 각 액추에이터유닛(400, 400', 400")은 각 핑거유닛의 후방단부에 제1 축(A1, A1', A1")을 중심으로 하는 회동력과 제2 축(A2, A2', A2")을 중심으로 하는 회동력을 인가한다. 그러므로, 각 핑거유닛(210, 210', 220, 230)은 액추에이터유닛(400, 400', 400")의 작동에 의해 베이스프레임(110)(또는 서브베이스프레임(110'), 회동프레임(120))의 단부에서 제1 축(A1, A1', A1")을 중심으로 회동되고 제2 축(A2, A2', A2")을 중심으로 회동된다. 이러한 본 발명의 액추에이터유닛(400)은 하나의 액추에이터로서 구성될 수도 있고, 동일한 기능을 수행하며 각기 독립적으로 작동가능한 두 개의 액추에이터으로서 구성될 수도 있다. 두 개의 액추에이터로 구성되는 경우, 두 개의 액추에이터는 제1 축(A1, A1', A1")을 중심으로 하여 양측에 배치될 수 있다. 또한, 그 작동력의 방향은 제1 축(A1, A1', A1")에서 등거리 이격된 평행한 방향이 될 수 있고, 제1 축(A1, A1', A1")을 향하여 소정 각도로 경사진 방향이 될 수 있다.

도시된 실시예에서, 액추에이터유닛(400, 400', 400")의 각각은 동일한 기능을 수행하며 각기 독립적으로 작동가능한 두 개의 제1 및 제2 액추에이터(410a, 410b)를 포함한다. 제1 및 제2 액추에이터(410a, 410b)의 각각은 직선 왕복이동가능하게 구동되는 작동아암(411a, 411b)을 구비한다. 제1 및 제2 액추에이터(410a, 410b)는 리니어액추에이터를 포함할 수 있다.

제1 및 제2 액추에이터(410a, 410b)는 그 작동아암(411a, 411b)이 제1 축(A1, A1', A1")을 중심으로 등거리로 이격되도록 배치되어 있다. 제1 및 제2 액추에이터(410a, 410b)는 그 후방단부에서 지지부재(412a, 412b)에 의해 지지부재(412a, 412b)를 중심으로 또한 지지부재(412a, 412b)에 회동 연결된 부분을 중심으로 회동가능하게 베이스프레임(110)(또는, 서브베이스프레임(110'), 회동프레임(120))에 결합되어 있다. 작동아암(411a, 411b)은 제1 및 제2 액추에이터(410a, 410b)의 길이방향으로 왕복이동하도록 구동된다. 제1 및 제2 액추에이터(410a, 410b)의 전방단부(즉, 작동아암(411a, 411b)의 전방단부 또는 액추에이터(410a, 410b)의 작동단부)는 볼조인트(413a, 413b)에 의해 핑거유닛의 후방단부(즉, 제1 베이스 링크의 연결부(211b))에 연결되어 있다. 구체적으로, 작동아암(411a, 411b)의 작동단부는 제1 핑거유닛(210)(또는 제2 핑거유닛(220))의 제1 베이스 링크(211)(또는 제1 베이스 링크(221))에 직교축 중 제1 축(A1, A1', A1")을 중심으로(예컨대, 힌지유닛의 제1 힌지부(320)를 중심으로) 서로 대향하고, 직교축 중 제2 축(A2, A2', A2")에서 상측으로 소정 거리 이격되어(예컨대, 힌지유닛의 제2 힌지부(330)에서 상측으로 이격되어) 볼조인트(413a, 413b)에 의해 회동가능하게 결합되어 있다.

제1 및 제2 액추에이터(410a, 410b)의 각각이 독립적으로 작동하므로, 예컨대, 제1 액추에이터(410a)의 작동아암(411a)이 전진운동하고 제2 액추에이터(410b)의 작동아암(411b)이 후진운동하면, 제1 핑거유닛(210)은 제1 축(A1)을 중심으로 회동할 수 있다. 이러한 동작은 인체의 손에서 하나의 손가락을 좌우로 요동시키는 동작에 대응할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 액추에이터의 작동아암들(411a, 411b)이 모두 전진운동하면, 제1 핑거유닛(210)은 제2 축(A2)을 중심으로 회동할 수 있다.(이 동작시 제1 핑거유닛(210)은 링크와 링크아암들의 상호결합에 의해 구부러진다) 이러한 동작은 인체의 손에서 하나의 손가락을 손바닥 쪽으로 구부리는 동작에 대응할 수 있다. 또한, 작동아암들(411a, 411b)의 전진운동 정도를 다르게 한 채로(즉, 제1 핑거유닛이 제1 축(A1)을 중심으로 약간 회동된 채로), 작동아암들(411a, 411b)의 전진운동에 의해 제1 핑거유닛(210)이 구부러질 수 있다. 이 경우, 제1 핑거유닛(210)은 제1 축(A1)을 중심으로 약간 회동된 채로 제2 축(A2)을 중심으로 회동하면서 구부러질 수 있다. 전술한 제1 및 제2 액추에이터(410a, 410b)에 의한 핑거유닛의 동작은 제2 및 제3 핑거유닛(220, 230)에 유사하게 또는 동일하게 적용될 수 있다.

도 1 내지 도 3 및 도 7를 참조하여, 제2 핑거유닛(220)에 대해 더 설명한다. 도면에 도시된 실시예에서, 제2 핑거유닛(220)은 제1 핑거유닛(210)과 비교하여 제1 중간 링크(212) 및 제2 링크아암(215)이 생략된 형태로 구성된다. 즉, 제2 말단 링크(223)의 삽입부(223a)가 제2 베이스 링크(221)의 삽입공간에 삽입되어 힌지부(223b)에 의해 힌지결합되는 한편, 링크아암(224)의 전방단부가 제2 말단 링크(223)의 후방단부에 핀부재(213d)에 의하여 힌지결합되면서, 제2 베이스 링크(221), 제2 말단 링크(223) 및 링크아암(224)이 상호 결합되는 형태로 구성된다. 이 경우, 제1 핑거유닛의 제1 베이스 링크(211)는 제2 핑거유닛의 제2 베이스 링 크(221)에 대응하고, 제1 핑거유닛의 제1 말단 링크(213)는 제2 핑거유닛의 제2 말단 링크(222)에 대응하고, 제1 핑거유닛의 제1 링크아암(214)은 제2 핑거유닛의 제링크아암(223)에 대응한다. 제2 핑거유닛(220)도 제1 핑거유닛(210, 210', 230)과 같이 완충장치를 구비할 수 있다. 이 경우, 링크아암(224)은 제1 핑거유닛의 제2 링크아암(215)과 같이 길이방향으로 신축가능한 링크아암조립체를 포함할 수 있다.

액추에이터유닛(400')의 작동에 의해 제2 핑거유닛(220)은 회동프레임(120)에 대하여 힌지유닛(300')을 통해 제1 축(A1') 및 이에 수직한 제2 축(A2')을 중심으로 회동가능하다. 제1 축(A1')은 회동프레임(120)의 배향을 베이스프레임(110)과 유사한 배향으로 가정할 때 제1 축(A1)에 대응할 수 있다. 액추에이터유닛(400')의 제1 및 제2 액추에이터(410a, 410b)의 독립적 작동에 의해, 제2 핑거유닛(220)은 회동프레임(120)에 대하여 제1 축(A1')을 중심으로 회동하거나, 제2 축(A2')을 중심으로 회동하거나, 제1 축(A1')을 중심으로 약간 회동된 상태에서 제2 축(A2')을 중심으로 회동할 수 있다. 이러한 제2 핑거유닛(220)의 동작에 더하여, 회동프레임(120)이 또한 베이스프레임(110)에 대하여 회전모터(122)의 작동에 의해 회동가능하다. 그러므로, 제2 핑거유닛(220)은 인체의 손의 무지의 동작과 같이 다양한 동작을 수행할 수 있다.

도 8 내지 도 13를 참조하여 로봇핸드장치(10)의 동작에 대해서 더 설명한다. 도 8 내지 도 11은 제2 축(또는 힌지유닛의 제2 힌지부)을 중심으로 한 제1 핑거유닛(110)의 회동 동작을 개략적으로 도시하는 측면도이고, 도 12 및 도 13는 제1 축(또는 힌지유닛의 제1 힌지부)을 중심으로 한 제1 핑거유닛(110)의 회동 동 작을 개략적으로 도시하는 평면도이다.

우선 도 8은 제1 및 제2 액추에이터(410a, 410b)(도 8 내지 도 11에는 제1 액추에이터(410a)만이 도시되어 있음)가 작동하기 전의 상태이다. 이 상태에서, 제1 및 제2 액추에이터(410a, 410b)가 작동하면 그 작동아암(411a, 411b)(도 8 내지 도 11에는 작동아암(411a)만이 도시되어 있음)이 전진운동한다.

그러면, 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 베이스 링크(211)가 제2 축(A1)을 중심으로(힌지유닛(300)의 제2 힌지부(330)를 중심으로) 베이스프레임(110) 쪽으로(도 9에서 아래쪽으로) 회동된다. 제1 베이스 링크(211)의 회동과 함께, 제1 링크아암(214)은 그 후방의 힌지부(즉, 핀부재(214b))를 중심으로 전방의 힌지부(즉, 핀부재(214a))가 회동하게 된다. 이 때, 전술한 제1 베이스 링크(211), 제1 중간 링크(212) 및 제1 링크아암(214)의 결합관계에 의해, 제1 중간 링크(212)는 제1 베이스 링크(211)의 회동 정도보다 큰 정도로 그 힌지부(212b)를 중심으로 회동된다. 또한, 제2 링크아암(215)의 전방단부가 제1 말단 링크(213)와 결합되어 있고 후방단부가 핀부재(211g)에 결합되어 있으므로, 제1 베이스 링크(211) 및 제1 중간 링크(212)의 회동 도중, 제1 말단 링크(213)가 회동한다. 제1 중간 링크(212)의 회동시 슬롯(212c)이 핀부재(211g)를 따라 이동한다.

이후, 작동아암(411a, 411b)이 더 전진하면, 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 링크아암(214)에 의한 제1 중간 링크(212)의 회동 상태에서, 제1 중간 링크(212), 제1 말단 링크(213) 및 제2 링크아암(215)의 결합관계에 의해, 제1 말단 링크(213)는 제2 링크아암(215)에 의해 제1 중간 링크(212)의 회동 정도보다 더 큰 정도로 회동된다.

도 8 내지 도 10을 참조하여 설명한 일련의 과정에 의해, 제1 및 제2 액추에이터(410a, 410b)의 작동아암(411a, 411b)이 전진운동하면, 제1 핑거유닛(210)의 각 링크(211, 212, 213)는 핑거유닛의 전방단부로 갈수록 회동 정도가 커지는 식으로 베이스프레임(110) 쪽으로 구부러져, 로봇핸드장치(10)의 파지동작을 수행하게 된다. 물체에 대한 파지를 해제하는 경우, 전술한 바와는 역의 순서로 그 동작이 수행된다.

한편, 도 11에 도시된 바와 같이, 제1 중간 링크(212)와 제1 말단 링크(213)가 베이스프레임(110) 쪽으로 구부러진 상태에서(또는 제1 중간 링크(212)와 제1 말단 링크(213)가 구부러지면서 물체를 파지하는 과정에서), 제1 말단 링크(213)에 이들의 회동 방향과 반대방향으로 외력이 가해질 수 있다(예컨대, 물체가 도 11의 화살표로 도시된 바와 같이 제1 말단 링크(213)에 접촉될 수 있다). 이 경우, 제1 말단 링크(213)는 제1 및 제2 액추에이터(410a, 410b)의 작동력과 제1 및 제2 링크아암(214, 215)에 의해 회동되어 유지되는 반면에 제2 링크아암(215)이 신축가능하도록 구성되어 있으므로, 도 11의 화살표와 같이 외력이 가해지면, 제1 말단 링크(213)는 제2 링크아암(215)을 신장시키면서 베이스프레임(110)에서 멀어지는 쪽으로 회동될 수 있다. 제2 링크아암(215)의 신장에 의해 그 안에 배치된 압축코일스프링(215d)이 압축되면서(압축코일스프링(215d)이 제1 연결봉의 플랜지(215a1)와 하우징(215c)이 후방단부 사이에 배치되므로, 제2 링크아암(215)의 신장에 의해 압축코일스프링(215d)이 압축됨), 압축코일스프링(215d)에 의해 제2 링크아암(215)을 수축시키는 방향으로(즉, 제1 말단 링크(213)를 베이스프레임(110) 쪽으로 회동시키는 방향으로) 바이어스힘이 발생된다. 따라서, 제1 말단 링크(213)는 제1 및 제2 액추에이터(410a, 410b)의 작동력과 압축코일스프링(215d)의 바이어스힘에 의해 물체를 더욱 탄력적이고 안정적으로 파지할 수 있다.

또한, 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 액추에이터(410a, 410b) 중 어느 한쪽의 작동아암(410a 또는 410b)만이 전진운동하면, 제1 핑거유닛(210)은 전진운동하지 않는 액추에이터 쪽으로, 즉 힌지유닛의 제1 힌지부(310)를 중심으로(제1 축(A1)을 중심으로) 회동한다. 이러한 제1 힌지부(310)를 중심으로 한 회동은 어느 한쪽의 작동아암(410a, 410b)만을 전진운동시키거나, 한쪽의 작동아암은 전진운동시키고 다른 한쪽의 작동암은 후진운동시킴으로써 달성될 수 있다. 또한, 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같은 상태에서 제1 및 제2 액추에이터(410a, 410b)의 작동아암들(411a, 411b) 모두를 전진운동시키면, 제1 핑거유닛(210)은 제1 축(A1)을 중심으로 약간 회동된 채로 제2 축(A2)을 중심으로 회동되어, 물체의 파지동작을 수행할 수 있다.

도 8 내지 도 13을 참조하여 설명한 제1 핑거유닛(210)의 동작은 제2 핑거유닛(220)의 동작에도 그대로 적용됨이 이해될 것이다. 제2 핑거유닛(220)도 제1 및 제2 액추에이터(410a, 410b)의 작동에 의해 제1 축(A1')을 중심으로 한 회동, 제2 축(A2')을 중심으로 한 회동 및 제1 축(A1')을 중심으로 회동된 채로 제2 축(A2')을 중심으로 회동할 수 있다. 또한, 제2 축(A2')을 중심으로 회동하는 동안, 그 제2 베이스 링크(221) 및 제2 말단 링크(223)는 말단으로 갈수록 더욱 큰 정도로 회동하여, 파지동작을 수행할 수 있다.

본 발명에 의하면, 로봇핸드장치(10)는 불특정 형상의 물체를 부드럽고 자연스럽게 파지할 수 있다. 제1 및 제2 액추에이터(410a, 410b)의 작동아암(411a, 411b)의 전진운동 또는 후진운동의 조합을 통해, 각 핑거유닛(210, 210', 220, 230)의 좌우 회동과 상하 회동을 달성할 수 있고 각 링크의 굽힘을 결정할 수 있다. 또한, 제1 말단 링크(213)에 그 회동의 반대방향의 외력에 대항하는 바이어스힘이 인가되어, 부드러운 파지가 가능하다. 또한, 회동프레임(120)의 회동에 의해 무지로서 기능할 수 있는 제2 핑거유닛(220)의 파지위치를 결정할 수 있다.

이러한 핑거유닛들의 동작에 의해, 로봇핸드장치(10)는 구형, 주형 및 박판형 등의 물체를 자연스럽고 부드럽게 파지할 수 있으며, 그 외의 불특정 형상의 물체들도 부드롭고 자연스럽게 파지할 수 있다. 각 핑거유닛에 독립적으로 액추에이터유닛이 제공되므로, 로봇핸드장치(10)는 각 핑거유닛의 파지동작을 독립적으로 수행할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 제1 및 제2 액추에이터의 작동과 각각의 링크와 링크아암에 의해 파지동작을 실행하므로, 구조가 매우 간단하고 강성이 높으며 높은 힘효율로 물체를 파지할 수 있는 로봇핸드장치를 제공할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇핸드장치의 상방 사시도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇핸드장치의 하방 사시도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇핸드장치를 다른 방향에서 본 사시도이다.

도 4는 핑거유닛과 액추에이터와 베이스프레임을 보인 사시도이다.

도 5는 베이스프레임과 회동프레임과 서브베이스프레임을 보인 사시도이다.

도 6은 힌지유닛과 핑거유닛을 보인 분해사시도이다.

도 7은 제2 핑거유닛을 보인 측면도이다.

도 8 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇핸드장치의 핑거유닛의 굽힘운동을 각각 도시하는 측면도이다.

도 12 및 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇핸드장치의 핑거유닛의 요동운동을 각각 도시하는 평면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 로봇핸드장치

110 : 베이스프레임

110' : 서브베이스프레임

120 : 회동프레임

210, 210', 230 : 제1 핑거유닛

220 : 제2 핑거유닛

211 : 제1 베이스 링크

212 : 제1 중간 링크

213 : 제1 말단 링크

214 : 제1 링크아암

215 : 제2 링크아암

215d : 압축코일스프링

300 : 힌지유닛

320 : 제1 힌지부

330 : 제2 힌지부

410a, 410b : 액추에이터

411a, 411b : 작동아암

413a, 413b : 볼조인트

A1, A1' : 제1 축

A2, A2' : 제2 축

Claims

베이스프레임과;

상기 베이스프레임에 제1 직교축의 각 축을 중심으로 회동가능하도록 결합되는 제1 베이스 링크를 포함하는 제1 핑거유닛과;

상기 베이스프레임에 배치되고, 상기 제1 베이스 링크에 회동가능하게 연결되고 독립적으로 구동되는 두 개의 작동아암을 구비하는 제1 액추에이터유닛을 포함하고,

상기 제1 액추에이터유닛의 두 개의 작동아암은 상기 제1 직교축 중 하나의 축을 중심으로 서로 대향하고 상기 제1 직교축 중 다른 하나의 축으로부터 각각 이격되어 상기 제1 베이스 링크에 회동가능하게 각각 결합되는

로봇핸드장치.
제1항에 있어서,

상기 베이스프레임에 회동가능하게 결합되는 회동프레임과;

상기 회동프레임에 제2 직교축의 각 축을 중심으로 회동가능하도록 결합되는 제2 베이스 링크를 포함하는 제2 핑거유닛과;

상기 회동프레임에 배치되고, 상기 제2 베이스 링크에 회동가능하게 연결되고 독립적으로 구동되는 두 개의 작동아암을 구비하는 제2 액추에이터유닛을 더 포함하고,

상기 제2 액추에이터유닛의 두 개의 작동아암은 상기 제2 직교축 중 하나의 축을 중심으로 서로 대향하고 상기 제2 직교축 중 다른 하나의 축으로부터 각각 이격되어 상기 제2 핑거유닛의 제2 베이스 링크에 회동가능하게 각각 결합되는

로봇핸드장치.
제2항에 있어서,

상기 제1 액추에이터유닛은 독립적으로 제어가능한 두 개의 액추에이터를 포함하고, 각각의 액추에이터는 각각의 작동아암에 연결되고,

상기 제2 액추에이터유닛은 독립적으로 제어가능한 두 개의 액추에이터를 포함하고, 각각의 액추에이터는 각각의 작동아암에 연결되는

로봇핸드장치.
제2항에 있어서,

상기 제1 핑거유닛은 상기 제1 베이스 링크에 연쇄적으로 연동가능하게 연결된 복수개의 링크를 포함하고,

상기 제2 핑거유닛은 상기 제2 베이스 링크에 연쇄적으로 연동가능하게 연결된 복수개의 링크를 포함하는

로봇핸드장치.
제4항에 있어서,

상기 제1 핑거유닛의 상기 복수개의 링크는 상기 제1 베이스 링크에 회동가능하게 연결된 제1 중간 링크 및 상기 제1 중간 링크에 회동가능하게 연결된 제1 말단 링크를 포함하고,

상기 제1 핑거유닛은 상기 베이스프레임과 상기 제1 중간 링크의 일단부에 양단이 회동가능하게 결합되는 제1 링크아암부재와, 상기 제1 베이스 링크의 타단부와 상기 제1 말단 링크의 일단부에 양단이 회동가능하게 결합된 제1 링크아암부재를 더 구비하고,

상기 제1 링크아암부재는 상기 제1 베이스 링크의 양측 회동점 사이의 거리보다 짧은 길이를 갖고, 상기 제2 링크아암부재는 상기 제1 중간 링크의 양측 회동점 사이의 거리보다 짧은 길이를 갖는

로봇핸드장치.
제5항에 있어서,

상기 제1 및 제2 링크아암부재 중 어느 하나 또는 둘 다는 길이방향으로 신축가능한 링크아암조립체를 포함하는

로봇핸드장치.
제6항에 있어서,

상기 제2 링크아암부재는,

일단부가 상기 제1 베이스 링크의 타단부에 회동가능하게 결합되는 제1 연결 봉과,

일단부가 상기 제1 말단 링크의 일단부에 회동가능하게 결합되는 제2 연결봉과,

상기 제1 연결봉의 일부와 상기 제2 연결봉의 일부를 슬라이드가능하게 수용하는 하우징과,

상기 하우징 내에 배치되고 상기 제1 연결봉 및 제2 연결봉 중 어느 하나 또는 둘 다의 슬라이드이동에 대항하는 바이어스힘을 발생시키는 스프링을 포함하는

로봇핸드장치.
제4항에 있어서,

상기 제2 핑거유닛의 상기 복수개의 링크는 상기 제2 베이스 링크에 회동가능하게 연결된 제2 말단 링크를 포함하고,

상기 제2 핑거유닛은 상기 회동프레임과 상기 제2 말단 링크의 일단부에 양단이 회동가능하게 결합된 링크아암부재를 더 구비하고,

상기 제2 핑거유닛의 링크아암부재는 상기 제2 핑거유닛의 상기 제2 베이스 링크의 양측 회동점 사이의 거리보다 짧은 길이를 갖는

로봇핸드장치.
제8항에 있어서,

상기 제2 핑거유닛의 링크아암부재는 길이방향으로 신축가능한 링크아암조립 체를 포함하는

로봇핸드장치.
제2항에 있어서,

상기 베이스프레임과 상기 회동프레임 사이에 배치되고, 상기 회동프레임을 상기 베이스프레임에 대하여 정회전 또는 역회전시키기 위한 회전모터를 더 포함하는

로봇핸드장치.
제2항에 있어서,

상기 베이스프레임 상에 장착되어 상기 회동프레임을 상기 베이스프레임에 대하여 회동시키는 액추에이터를 더 포함하는

로봇핸드장치.
제2항에 있어서,

상기 회동프레임에 대향하게 상기 베이스프레임에 제거가능하게 결합되는 서브베이스프레임과,

상기 서브베이스프레임에 제3 직교축의 각 축을 중심으로 회동가능하게 결합되는 제3 베이스 링크를 포함하는 제3 핑거유닛을 더 포함하는

로봇핸드장치.
베이스프레임과;

상기 베이스프레임에 연결되는 제1 베이스 링크와 상기 제1 베이스 링크에 연쇄적으로 연동가능하게 연결되는 복수개의 링크를 각각 구비하는 복수개의 제1 핑거유닛과;

상기 베이스프레임에 회동가능하게 결합되는 회동프레임과;

상기 회동프레임에 연결되는 제2 베이스 링크와 상기 제2 베이스 링크에 연쇄적으로 연동가능하게 연결되는 복수개의 링크를 구비하는 제2 핑거유닛과;

제1 힌지부와 상기 제1 힌지부의 회동축에 직교하는 회동축을 갖는 제2 힌지부를 각각 구비하고, 상기 제1 핑거유닛의 제1 베이스 링크 또는 상기 제2 핑거유닛의 제1 베이스 링크를 상기 베이스프레임 또는 상기 회동프레임에 결합시키는 복수개의 힌지유닛과;

상기 제1 핑거유닛의 제1 베이스 링크 또는 상기 제2 핑거유닛의 제2 베이스 링크에 회동가능하게 연결되고 독립적으로 구동되는 두 개의 작동아암을 각각 구비하는 복수개의 액추에이터유닛을 포함하고,

상기 힌지유닛은 상기 베이스프레임 또는 상기 회동프레임에 제1 힌지부를 중심으로 회동가능하게 결합되고,

상기 제1 핑거유닛의 제1 베이스 링크 또는 상기 제2 핑거유닛의 제2 베이스 링크는 상기 힌지유닛의 제2 힌지부에 회동가능하게 결합되고,

상기 두 개의 작동아암은 상기 제1 힌지부를 중심으로 서로 대향하고 상기 제2 힌지부로부터 각각 이격되어 상기 제1 핑거유닛의 제1 베이스 링크 또는 상기 제2 핑거유닛의 제2 베이스 링크에 회동가능하게 결합되는

로봇핸드장치.
제13항에 있어서,

상기 액추에이터유닛은 독립적으로 제어가능한 두 개의 리니어액추에이터를 포함하고,

각각의 액추에이터는 각각의 작동아암에 연결되는

로봇핸드장치.
제13항에 있어서,

상기 제1 핑거유닛의 상기 복수개의 링크는 상기 제1 베이스 링크에 회동가능하게 연결된 제1 중간 링크 및 상기 제1 중간 링크에 회동가능하게 연결된 제1 말단 링크를 포함하고,

상기 제1 핑거유닛은 상기 힌지유닛과 상기 제1 중간 링크의 일단부에 양단이 회동가능하게 결합되는 제1 링크아암부재와, 상기 제1 베이스 링크의 타단부와 상기 제1 말단 링크의 일단부에 양단이 회동가능하게 결합된 제1 링크아암부재를 더 구비하고,

상기 제1 링크아암부재는 상기 제1 베이스 링크의 양측 회동점 사이의 거리보다 짧은 길이를 갖고, 상기 제2 링크아암부재는 상기 제1 중간 링크의 양측 회동 점 사이의 거리보다 짧은 길이를 갖는

로봇핸드장치.
제15항에 있어서,

상기 제2 링크아암부재는,

일단부가 상기 제1 베이스 링크의 타단부에 회동가능하게 결합된 제1 연결봉과,

일단부가 상기 제1 말단 링크의 일단부에 회동가능하게 결합되는 제2 연결봉과,

상기 제1 연결봉의 일부와 상기 제2 연결봉의 일부를 슬라이드가능하게 수용하는 하우징과,

상기 하우징 내에 배치되고 상기 제1 연결봉 및 제2 연결봉 중 어느 하나 또는 둘 다의 슬라이드이동에 대항하는 바이어스힘을 발생시키는 스프링을 포함하는

로봇핸드장치.
제13항에 있어서,

상기 제2 핑거유닛의 상기 복수개의 링크는 상기 제2 핑거유닛의 제2 베이스 링크에 회동가능하게 연결된 제2 말단 링크를 포함하고,

상기 제2 핑거유닛은 상기 회동프레임에 배치된 힌지유닛과 상기 제2 말단 링크의 일단부에 양단이 회동가능하게 결합된 링크아암부재를 더 구비하고,

상기 제2 핑거유닛의 링크아암부재는 상기 제2 핑거유닛의 상기 제2 베이스 링크의 양측 회동점 사이의 거리보다 짧은 길이를 갖는

로봇핸드장치.
제13항에 있어서,

상기 베이스프레임과 상기 회동프레임 사이에 배치되고, 상기 회동프레임을 상기 베이스프레임에 대하여 정회전 또는 역회전시키기 위한 회전모터를 더 포함하는

로봇핸드장치.
제13항에 있어서,

상기 회동프레임에 대향하게 상기 베이스프레임에 제거가능하게 결합되는 서브베이스프레임과,

회동축이 직교하는 제1 힌지부 및 제2 힌지부를 구비하고, 상기 서브베이스프레임에 제1 힌지부를 중심으로 회동가능하게 결합되는 제3 힌지유닛과,

상기 제3 힌지유닛의 제2 힌지부에 회동가능하게 결합되는 제3 베이스 링크를 포함하는하는 제3 핑거유닛을 더 포함하는

로봇핸드장치.