KR101610745B1

KR101610745B1 - Robot Finger structure

Info

Publication number: KR101610745B1
Application number: KR1020140072747A
Authority: KR
Inventors: 김기훈
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2014-06-16
Filing date: 2014-06-16
Publication date: 2016-04-08
Anticipated expiration: 2034-06-16
Also published as: KR20150144084A; WO2015194806A1

Abstract

로봇 손가락 구조체는 모터와, 상기 모터에 의해 회전하는 크랭크축과, 상기 크랭크축에 연결되어 상기 크랭크축을 중심으로 회전하는 크랭크와, 제1조인트에서 상기 크랭크와 연결되는 제1마디 링크와, 제4조인트에서 상기 제1마디 링크와 연결되는 제2마디 링크와, 제2조인트에서 상기 크랭크와 연결되며 상기 크랭크의 회전력을 상기 제2마디 링크에 전달하는 제1연결 링크 및 상기 제1마디 링크가 상기 크랭크에 대해 자유 회전하는 것을 구속하는 제1강성을 부여하는 제1강성 부여 기구를 포함하고, 물체와 접촉하지 않은 상태에서 상기 크랭크가 회전하면 상기 제1마디 링크와 상기 제2마디 링크가 서로 상대적 위치를 유지하며 상기 크랭크와 함께 회전하고,상기 제1마디 링크가 물체에 접촉하여 상기 제1마디 링크의 회전이 저지되면 상기 크랭크가 상기 제1강성을 극복하며 회전하여 상기 제2마디 링크를 상기 제1마디 링크에 대해 회전시킨다. The robot finger structure includes a motor, a crankshaft rotated by the motor, a crank connected to the crankshaft and rotating about the crankshaft, a first nodal link connected to the crank at a first joint, A second joint link connected to the first joint link at a joint, a first joint link connected to the crank at a second joint and transmitting a rotational force of the crank to the second joint link, And a first rigidity imparting mechanism for imparting a first rigidity that restrains free rotation of the crank with respect to the crank, and when the crank rotates in a state of not contacting the object, the first and second nodal links are relatively And when the rotation of the first nodal link is blocked by the first nodal link contacting the object, the crank Group is rotated about the second joint link and overcome to rotate the first rigidity of the first bar link.

Description

Robot Finger Structure [0002]

본 발명은 로봇 손가락 구조체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 로봇을 이용한 물체의 파지 작업이 요구되는 각종 분야에 적용될 수 있는 로봇의 손가락 구조체에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a robot finger structure, and more particularly, to a finger structure of a robot that can be applied to various fields requiring a gripping operation of an object using a robot.

사람의 손가락은 구부러질 수 있는 마디가 있어 물체를 집거나 파지하기가 용이하다. The fingers of a person are easy to grasp or grasp an object by means of bent nodes.

로봇 암을 이용한 작업 수행시 물체의 용이한 파지를 위해 사람의 손가락과 유사한 구조의 손가락 구조체가 이용되고 있다. In order to easily grasp an object when a robot arm is used, a finger structure having a structure similar to that of a human finger is used.

하지만, 종래에 로봇에 이용되는 손가락 구조체는 복수의 마디로 이루어진 구조를 채용하고는 있으나, 실제 사람의 손가락과 유사한 동작을 구현하고 있지 못하다. Conventionally, however, the finger structure used in the robot has adopted a structure composed of a plurality of nodes, but does not implement an action similar to that of a real person's finger.

도 1은 사람의 손가락이 물체를 파지하는 과정을 도시한 개략도이고, 도 2는 종래 기술에 따른 로봇의 손가락 구조체를 이용해 물체를 파지하는 과정을 도시한 개략도이다. FIG. 1 is a schematic view showing a process in which a finger of a person grasps an object, and FIG. 2 is a schematic view illustrating a process of grasping an object using a finger structure of a robot according to the related art.

도 1에 도시된 바와 같이, 실제 사람이 물체를 감싸쥘 때의 동작을 살펴보면, 먼저 손가락이 전체적으로 물체를 향해 다가가고 손가락의 첫마디가 먼저 물체에 접촉하면 중간 마디가 첫마디에 대해 구부러지고 동시에 끝 마디가 중간 마디에 대해 구부러지는 동작이 함께 수행되면서 물체를 감싸게 된다. 중간 마디가 물체에 접촉하면 끝 마디가 중간 마디에 대해 구부러져 물체를 완전히 감싸쥐게 된다. As shown in FIG. 1, when an object is wrapped around an object, the finger first approaches the object as a whole, and when the first finger of the finger first touches the object, the middle point is bent with respect to the first point, Is bent together with respect to the middle node, thereby wrapping the object. When the middle node touches the object, the end node bends against the middle node and completely holds the object.

이와 비교하여, 도 2에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 손가락 구조체를 이용해 물체를 감싸쥘 때의 동작을 살펴보면, 손가락의 첫마디가 물체에 접촉한 뒤 중간 마디와 끝 마디가 서로 상대적인 위치를 그대로 유지하면서 첫마디에 대해 구부러지고, 중간 마디가 물체에 접촉하면 끝 마디가 중간 마디에 대해 구부러지는 방식으로 파지 동작을 수행한다. In contrast, as shown in FIG. 2, when an object is wrapped around using a finger structure according to the related art, when the first finger of the finger touches an object, And the gripping operation is performed in such a manner that the ending node is bent with respect to the middle node when the middle node touches the object.

이러한 종래 기술의 손가락 구조체는, 파지 동작 메커니즘이 실제 사람의 파지 동작과 일치하지 않으므로, 의수 등에 적용하는 경우 동작이 매우 부자연스럽게 된다. 또한, 안정적이고 세밀한 파지 동작이 수행되기 어렵다. Such a finger structure according to the related art does not coincide with the grasping operation of an actual person, so that the operation becomes very unnatural when applied to the grasp or the like. In addition, stable and detailed gripping operation is difficult to perform.

나아가, 종래의 손가락 구조체는 기어 및 볼 스크류 등을 이용하여 구조가 복잡하여 소형화가 어렵고, 사용자의 안전성 면에서도 바람직하지 않은 경우가 많다. Furthermore, the conventional finger structure is complicated in structure due to the use of gears, ball screws, and the like, so that it is difficult to miniaturize the finger structure and it is often undesirable from the standpoint of safety of the user.

미국 특허등록 US 6,505,870호US Patent No. 6,505,870

상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 파지시 사람의 손가락 동작에 최대한 근접하여 자연스러운 동작을 구현할 수 있고, 추가적인 링크구조를 사용하지 않고도 손가락 마디마다 직접적인 힘 전달이 가능하여 사람의 근력보조장치, 의수 등에도 적절히 사용될 수 있는 로봇 손가락 구조체를 제공하는 것을 목적으로 한다. In order to solve the problems of the prior art described above, the present invention can realize a natural operation as close as possible to a finger operation of a person in gripping, and can transmit force directly to each finger without using an additional link structure, It is an object of the present invention to provide a robot finger structure which can be suitably used for an auxiliary device,

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 모터와, 상기 모터에 의해 회전하는 크랭크축과, 상기 크랭크축에 연결되어 상기 크랭크축을 중심으로 회전하는 크랭크와, 제1조인트에서 상기 크랭크와 연결되는 제1마디 링크와, 제4조인트에서 상기 제1마디 링크와 연결되는 제2마디 링크와, 제2조인트에서 상기 크랭크와 연결되며 상기 크랭크의 회전력을 상기 제2마디 링크에 전달하는 제1연결 링크 및 상기 제1마디 링크가 상기 크랭크에 대해 자유 회전하는 것을 구속하는 제1강성을 부여하는 제1강성 부여 기구를 포함하고, 물체와 접촉하지 않은 상태에서 상기 크랭크가 회전하면 상기 제1마디 링크와 상기 제2마디 링크가 서로 상대적 위치를 유지하며 상기 크랭크와 함께 회전하고,상기 제1마디 링크가 물체에 접촉하여 상기 제1마디 링크의 회전이 저지되면 상기 크랭크가 상기 제1강성을 극복하며 회전하여 상기 제2마디 링크를 상기 제1마디 링크에 대해 회전시키는 로봇 손가락 구조체가 제공된다. In order to achieve the above object, according to one aspect of the present invention, there is provided a motor comprising a motor, a crankshaft rotated by the motor, a crank connected to the crankshaft and rotating about the crankshaft, A second joint link connected to the first joint link at a fourth joint and a second joint link connected to the crank at a second joint and transmitting the rotational force of the crank to the second joint link, 1 link link and a first rigidity imparting mechanism for imparting a first rigidity to restrain free rotation of the first nodal link relative to the crank, wherein when the crank rotates in a state of not contacting the object, The first nodal link is in contact with an object so that the first nodal link and the second nodal link rotate together with the crank maintaining their relative positions relative to each other, When the rotation of the stop of the robot finger structure for the crank to overcome the stiffness of the first and rotated by the second rotation with respect to the first joint link, the node link is provided.

일 실시예에 따르면, 상기 제1연결 링크는, 상기 제1조인트에서 상기 크랭크와 연결되는 제1전달 링크와, 일단이 제3조인트에서 상기 제1전달 링크와 연결되고, 타단이 상기 제4조인트에 연결되는 제2전달 링크를 포함하고, 상기 제2마디 링크가 상기 제2전달 링크에 대해 자유 회전하는 것을 구속하는 제2강성을 부여하는 제2강성 부여 기구가 구비된다. According to one embodiment, the first connection link includes a first transmission link connected to the crank at the first joint, a second transmission link connected at one end to the first transmission link at the third joint, And a second stiffness imparting mechanism that imparts a second stiffness to restrain free rotation of the second nodal link with respect to the second transmission link.

일 실시예에 따르면, 로봇 손가락 구조체는 제7조인트에서 상기 제2마디 링크와 연결되는 제3마디 링크와, 상기 크랭크의 회전력을 상기 제3마디 링크에 전달하는 제2연결 링크를 더 포함하고, 물체와 접촉하지 않은 상태에서 상기 크랭크가 회전하면 상기 제1마디 링크, 상기 제2마디 링크 및 상기 제3마디 링크가 서로 상대적 위치를 유지하며 상기 크랭크와 함께 회전하고, 상기 제2마디 링크가 물체에 접촉하여 상기 제2마디 링크의 회전이 저지되면 상기 크랭크가 상기 제2강성을 극복하며 회전하여 상기 제3마디 링크를 상기 제2마디 링크에 대해 회전시킨다. According to one embodiment, the robot finger structure further comprises a third joint link connected to the second joint link at a seventh joint, and a second joint link transmitting the rotational force of the crank to the third joint link, Wherein the first nodal link, the second nodal link, and the third nodal link maintain a relative position with respect to each other and rotate with the crank when the crank rotates without contact with an object, And when the rotation of the second nodal link is blocked, the crank rotates to overcome the second rigidity to rotate the third nodal link about the second nodal link.

일 실시예에 따르면, 상기 제2연결 링크는, 크랭크와 함께 회전하는 제3전달 링크와, 일단이 제6조인트에서 상기 제3전달 링크와 연결되고, 타단이 상기 제7조인트에 연결되는 제4전달 링크를 포함하고, 상기 제3마디 링크가 상기 제4전달 링크에 대해 자유 회전하는 것을 구속하는 제3강성을 부여하는 제3강성 부여 기구가 구비된다. According to one embodiment, the second connection link includes a third transmission link rotating together with the crank, and a fourth transmission link having one end connected to the third transmission link at the sixth joint and the other end connected to the seventh joint, And a third stiffness-imparting mechanism that includes a transmission link and imparts a third stiffness that restrains the third nodal link from rotating freely relative to the fourth transmission link.

일 실시예에 따르면, 상기 제3전달 링크는 제5조인트에서 상기 크랭크와 연결된다. According to one embodiment, the third transmission link is connected to the crank at a fifth joint.

일 실시예에 따르면, 상기 제3마디 링크가 물체와 접촉하면 상기 크랭크가 상기 제1강성 및 제2강성을 극복하며 회전하여 상기 제1마디 링크, 제2마디 링크 및 제3마디 링크에 힘을 전달한다. According to one embodiment, when the third nodal link contacts an object, the crank rotates to overcome the first and second rigidities to exert a force on the first nodal link, the second nodal link, and the third nodal link .

일 실시예에 따르면, 상기 제1강성 부여 기구, 상기 제2강성 부여 기구 및 상기 제3강성 부여 기구는 토션 스프링일 수 있다. According to one embodiment, the first stiffness imparting mechanism, the second stiffness imparting mechanism, and the third stiffness imparting mechanism may be torsion springs.

일 실시예에 따르면, 상기 제1강성 부여 기구, 상기 제2강성 부여 기구 및 상기 제3강성 부여 기구의 스프링 계수는 1: 0.5: 0.1이다. According to one embodiment, the spring coefficient of the first stiffness imparting mechanism, the second stiffness imparting mechanism, and the third stiffness imparting mechanism is 1: 0.5: 0.1.

일 실시예에 따르면, 상기 모터는 상기 크랭크축과 수직하게 연장되는 입력축을 포함하고, 상기 입력축과 상기 크랭크축은 구형 조인트(spherical joint) 기구에 의해 연결된다. According to one embodiment, the motor includes an input shaft extending perpendicular to the crankshaft, and the input shaft and the crankshaft are connected by a spherical joint mechanism.

일 실시예에 따르면, 상기 구형 조인트 기구는, 제1회전 조인트에서 상기 입력축에 고정되어 상기 입력축에 의해 회전하며 상기 입력축과 다른 방향으로 연장되는 만곡된 입력링크와, 제2회전 조인트에서 상기 입력링크와 연결되는 만곡된 커플러 링크와, 제3회전 조인트에서 상기 커플러 링크와 연결되는 만곡된 출력링크를 포함하고, 상기 출력링크는 제4회전 조인트에서 상기 크랭크축과 연결되고, 상기 모터의 회전 운동이 상기 입력링크의 회전을 발생시키고, 상기 입력링크의 회전력은 상기 커플러 링크를 통해 상기 출력링크의 회전을 발생시키며, 상기 출력링크의 회전에 의해 상기 크랭크축이 회전하여 상기 크랭크를 회전시킨다. According to one embodiment, the spherical joint mechanism comprises: a curved input link fixed to the input shaft at a first rotational joint, the curved input link rotating by the input shaft and extending in a direction different from the input shaft; Wherein the output link is connected to the crankshaft at a fourth rotary joint and wherein the rotational movement of the motor is controlled by a rotational movement of the crankshaft, Wherein rotation of the input link causes rotation of the input link to generate rotation of the output link via the coupler link and rotation of the output link causes the crankshaft to rotate to rotate the crank.

일 실시예에 따르면, 상기 제1회전 조인트, 제2회전 조인트, 제3회전 조인트 및 제4회전 조인트에서의 각 회전 중심축의 연장선은 한 점에서 만난다. According to one embodiment, the extension lines of the respective rotation center axes in the first rotating joint, the second rotating joint, the third rotating joint and the fourth rotating joint meet at one point.

일 실시예에 따르면, 로봇 손가락 구조체는 상기 제1마디 링크 및 상기 제2마디 링크를 사람의 손가락 마디에 고정할 수 있는 장착 보조구를 더 포함하여, 사람의 손에 부착 가능하다. According to one embodiment, the robotic finger structure further comprises a mounting aid that is capable of securing the first and second nerve links to the fingertip of a person, and is attachable to a human hand.

도 1은 사람의 손가락이 물체를 파지하는 과정을 도시한 개략도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 로봇의 손가락 구조체를 이용해 물체를 파지하는 과정을 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 손가락 구조체의 구성을 기구학적 모델로 표현한 개략도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 손가락 구조체를 서로 다른 각도에서 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 손가락 구조체의 일부 구성을 분리한 분리 사시도이다.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 일 실시예에 따른 손가락 구조체를 이용해 물체를 파지하는 과정을 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 손가락 구조체를 이용해 안정적인 집기 동작(pulp-pinch) 동작을 수행하는 모습을 도시한 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 구형 조인트 기구의 기구학적 구조를 나타낸 도면이다.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 손가락 구조체를 외골격 형태로 형성한 모습을 도시한 것이다. 1 is a schematic view showing a process in which a human finger grasps an object.
2 is a schematic view showing a process of gripping an object using a finger structure of a robot according to the related art.
3 is a schematic view showing a configuration of a robot finger structure according to an embodiment of the present invention in a kinematic model.
4 to 6 are perspective views illustrating a robot finger structure according to an embodiment of the present invention at different angles.
FIG. 7 is an exploded perspective view illustrating a portion of a robot finger structure according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
8A to 8D illustrate a process of gripping an object using a finger structure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 illustrates a state in which a stable gripping operation (pulp-pinch) operation is performed using the finger structure according to an embodiment of the present invention.
10 is a view showing a kinematic structure of a spherical joint mechanism according to an embodiment of the present invention.
11 to 13 illustrate a finger structure according to an embodiment of the present invention formed in the form of an exoskeleton.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용은 제한되지 않는다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, it is to be understood that the technical idea of the present invention and its essential structure and action are not limited by this embodiment.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 손가락 구조체의 구성을 기구학적 모델로 표현한 개략도이다. 3 is a schematic view showing a configuration of a robot finger structure according to an embodiment of the present invention in a kinematic model.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 손가락 구조체는 모터(80)(도 4 참조)에 의해 회전하는 크랭크축(2)과, 상기 크랭크축(2)에 연결되어 크랭크축(2)을 중심으로 회전하는 크랭크(60)와, 크랭크(60)로부터 차례로 직렬로 연결되는 제1마디 링크(10), 제2마디 링크(20) 및 제3마디 링크(30)를 포함한다. 3, the finger structure according to the present embodiment includes a crankshaft 2 rotated by a motor 80 (see Fig. 4), a crankshaft 2 connected to the crankshaft 2, A second nodal link 20 and a third nodal link 30 which are connected in series from the crank 60 in series and are connected in series.

제1마디 링크(10), 제2마디 링크(20) 및 제3마디 링크(30)는 각각 손가락의 마디를 구성하게 된다. The first node link 10, the second node link 20, and the third node link 30 constitute nodes of the fingers, respectively.

제1마디 링크(10)는 제1조인트(J₁)에서 크랭크(60)와 연결된다. 제1마디 링크(10)는 크랭크(60)에 대해 자유 회전 가능하게 연결되며, 본 실시예에서 제1조인트(J₁)는 크랭크축(5) 상에 형성된다. The first joint link 10 is connected to the crank 60 at the first joint J ₁ . The first joint link 10 is connected to the crank 60 in a freely rotatable manner, and in this embodiment the first joint J ₁ is formed on the crankshaft 5.

제2마디 링크(20)는 제4조인트(J₄)에서 제1마디 링크(10)와 연결된다. 제2마디 링크(20)는 제1마디 링크(10)에 대해 자유회전 가능하다. A second link bar 20 is connected to the first link bar 10 at the fourth joint (J _4). The second nodal link 20 is freely rotatable relative to the first nodal link 10.

제3마디 링크(30)는 제7조인트(J₇)에서 제2마디 링크(20)와 연결된다. 제3마디 링크(30)는 제2마디 링크(20)에 대해 자유회전 가능하다. The third joint link 30 is connected to the second joint link 20 at the seventh joint J ₇ . The third nodal link 30 is freely rotatable relative to the second nodal link 20.

본 실시예에 따르면 하나의 크랭크(60)를 이용해 제1마디 링크(10), 제2마디 링크(20) 및 제3마디 링크(30)에 힘을 전달하여 파지 동작을 수행할 수 있다. According to the present embodiment, one crank 60 can be used to transmit a force to the first, second, and third nodal links 10, 20 and 30 to perform the gripping operation.

이를 위해, 손가락 구조체는 크랭크(60)의 회전력을 제2마디 링크(20)와 제3마디 링크(30)로 각각 전달하는 제1연결 링크(40) 및 제2연결 링크(50)를 포함한다. To this end, the finger structure includes a first connecting link 40 and a second connecting link 50, respectively, which transmit the rotational force of the crank 60 to the second nodal link 20 and the third nodal link 30 .

제1연결 링크(40)는 제2조인트(J₂)에서 크랭크(60)와 연결되어 크랭크(60)와 함께 회전하는 제1전달 링크(41)와, 일단이 제3조인트(J₃)에서 제1전달 링크(41)와 연결되고 타단이 제4조인트(J₄)에 연결되는 제2전달 링크(42)를 포함한다. The first connecting link 40 includes a first transmission link 41 connected to the crank 60 at the second joint J ₂ and rotated together with the crank 60 and a second transmission link 41 having one end connected to the third joint J ₃ And a second transmission link 42 connected to the first transmission link 41 and the other end connected to the fourth joint J ₄ .

제2연결 링크(50)는 제5조인트(J₅)에서 크랭크(60)와 연결되어 크랭크(60)와 함께 회전하는 제3전달 링크(51)와, 일단이 제6조인트(J₆)에서 제3전달 링크(51)와 연결되고 타단이 제7조인트(J₇)에 연결되는 제4전달 링크(52)를 포함한다. The second connection link 50 includes a third transmission link 51 connected to the crank 60 at the fifth joint J ₅ and rotating together with the crank 60 and a third transmission link 51 having one end connected to the sixth joint J ₆ And a fourth transmission link 52 connected to the third transmission link 51 and the other end connected to the seventh joint J ₇ .

본 실시예에서는 제3전달 링크(51)가 제5조인트(J₅)에서 크랭크(60)와 연결되어 있지만, 다르게는 제3전달 링크(51)는 제3조인트(J₃)에 연결될 수도 있다. 제3전달 링크(50)가 제3조인트(J₃)에 연결된 경우 크랭크(60)의 회전력은 제1전달 링크(41)를 통해 제3전달 링크(50)로 전달된다. In this embodiment, the third transmission link 51 is connected to the crank 60 at the fifth joint J ₅ , but the third transmission link 51 may be connected to the third joint J ₃ . The rotational force of the crank 60 is transmitted to the third transmission link 50 through the first transmission link 41 when the third transmission link 50 is connected to the third joint J ₃ .

크랭크(60) 상에 형성된 제1조인트(J₁), 제2조인트(J₂) 및 제5조인트(J₅)는 크랭크(60)에서 서로 다른 위치에 형성된다. 본 실시예에서는 대략 삼각형으로 형성된 크랭크(60)의 각 꼭지점에 제1조인트(J₁), 제2조인트(J₂) 및 제5조인트(J₅)가 형성된다. The first joint J ₁ , the second joint J ₂ and the fifth joint J ₅ formed on the crank 60 are formed at different positions in the crank 60. In this embodiment, the first joint J ₁ , the second joint J ₂ , and the fifth joint J ₅ are formed at each vertex of the crank 60 formed in a substantially triangular shape.

본 실시예에서 "조인트"에 연결된 부재들은 해당 조인트 상에 형성되는 회전 중심축을 중심으로 서로에 대해 상대 회전이 가능하다는 점이 이해되어야 할 것이다. It should be understood that the members connected to the "joint" in this embodiment are capable of relative rotation relative to each other about a rotational center axis formed on the joint.

본 실시예에 따르면, 제1마디 링크(10), 제2마디 링크(20) 및 제3마디 링크(30)가 적절히 지지되도록 하는 한편, 하나의 크랭크(60)를 이용해 마디 링크(10, 20, 30)들의 상대 움직임을 유발시키기 위해 소정의 강성(stiffness)을 부여하는 강성 부여 기구가 구비된다. According to this embodiment, the first and second joint links 10 and 20 and the third joint link 30 are appropriately supported while the one joint of the joint links 10 and 20 , 30) are provided with a stiffness imparting mechanism for imparting a predetermined stiffness to induce the relative movement.

도 3에 도시된 바와 같이, 제1강성 부여 기구(71), 제2강성 부여 기구(72) 및 제3강성 부여 기구(73)가 구비되며, 각각의 강성 부여 기구는 소정의 스프링 계수(k₁, k₂, k₃)를 가지는 스프링이다. 3, a first stiffness imparting mechanism 71, a second stiffness imparting mechanism 72, and a third stiffness imparting mechanism 73 are provided, and each of the stiffness imparting mechanisms has a predetermined spring coefficient k ₁ , k ₂ , k ₃ ).

제1강성 부여 기구(71)는 크랭크(60)와 제1마디 링크(10)와 관련되어, 제1마디 링크(10)가 크랭크(60)에 대해 자유 회전하는 것을 구속하는 제1강성을 부여한다. The first stiffness imparting mechanism 71 is associated with the crank 60 and the first joint link 10 to impart a first rigidity that constrains the free rotation of the first joint link 10 relative to the crank 60 do.

제2강성 부여 기구(72)는 제2전달 링크(42)와 제2마디 링크(20)와 관련되어, 제2마디 링크(20)가 제2전달 링크(42)에 대해 자유 회전하는 것을 구속하는 제2강성을 부여한다. The second stiffness imparting mechanism 72 is associated with the second transmission link 42 and the second node link 20 so that the second node link 20 is free to rotate freely about the second transmission link 42 To the second rigidity.

제3강성 부여 기구(73)는 제4전달 링크(52)와 제3마디 링크(30)와 관련되어, 제3마디 링크(30)가 제4전달 링크(52)에 대해 자유 회전하는 것을 구속하는 제3강성을 부여한다. The third stiffness imparting mechanism 73 is associated with the fourth transmission link 52 and the third node link 30 so that the third node link 30 is free to rotate freely relative to the fourth transmission link 52 To the third rigidity.

이하, 도 4 내지 도 6을 참조하여, 본 실시예에 따른 로봇 손가락 구조체의 구성을 더 구체적으로 설명한다. Hereinafter, the configuration of the robot finger structure according to the present embodiment will be described in more detail with reference to Figs. 4 to 6. Fig.

도 4 내지 도 6은 본 실시예에 따른 로봇 손가락 구조체를 서로 다른 각도에서 도시한 사시도이다. FIGS. 4 to 6 are perspective views illustrating the robot finger structure according to the present embodiment at different angles.

도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 로봇 손가락 구조체는 크랭크 축(5)과 모터(80)를 고정 지지하기 위한 기초 프레임(81)을 포함한다. 4 to 6, the robot finger structure includes a base frame 81 for fixedly supporting the crankshaft 5 and the motor 80. As shown in Fig.

도 6에 가장 잘 도시된 바와 같이, 기초 프레임(81)은 크랭크축(5)을 회전 가능하게 고정하기 위한 축 고정부(83)와, 모터(80) 및 고정 링크(82)를 지지하는 몸체부(84)를 포함한다. 고정 링크(82)는 로봇의 엄지 손가락의 역할을 하게 된다.6, the base frame 81 includes a shaft fixing portion 83 for rotatably fixing the crankshaft 5, a body 80 for supporting the motor 80 and the fixed link 82, (84). The fixed link 82 serves as the thumb of the robot.

고정 링크(82)는 이동체(823)에 의해 기초 프레임(81)의 몸체부(84)에 고정되며, 이동체(823)를 이동시켜 고정 링크(82)를 기초 프레임(81)에 대해 전후방으로 위치 이동시킬 수도 있다. The fixed link 82 is fixed to the body portion 84 of the base frame 81 by the moving body 823 and moves the movable body 823 to move the fixed link 82 forward and backward with respect to the base frame 81 It may be moved.

고정 링크(82)는 이동체(823)로부터 연장되는 수직부(822)와 상기 수직부(822)로부터 구부러져 연장되는 수평부(821)를 포함한다. 수평부(821)에는 수평부(821)에 물체가 접촉하는지 여부를 감지할 수 있는 접촉 센서(미도시)가 구비될 수도 있다. 수평부(821)에 물체가 접촉하는 경우, 모터(80)를 구동하여 해당 물체를 파지하는 동작을 시작하도록 할 수 있다. The fixed link 82 includes a vertical portion 822 extending from the moving body 823 and a horizontal portion 821 extending from the vertical portion 822. The horizontal portion 821 may be provided with a contact sensor (not shown) for detecting whether or not an object contacts the horizontal portion 821. When an object comes into contact with the horizontal portion 821, the motor 80 can be driven to start the operation of gripping the object.

도 5에 도시된 바와 같이, 기초 프레임(81)의 축 고정부(83)에는 제1마디 링크(10)가 입력축(801)의 연장 방향으로부터 30도 이상 회전하는 것을 방지하기 위한 스토퍼(920)가 형성되어 있다. 제1마디 링크(10)가 물체와 접촉하지 않아도 스토퍼(920)에 접촉하는 경우 제1마디 링크(10)의 회전은 저지된다. 5, the shaft fixing portion 83 of the base frame 81 is provided with a stopper 920 for preventing the first nodal link 10 from rotating by more than 30 degrees from the extending direction of the input shaft 801, Respectively. The rotation of the first nodal link 10 is prevented when the first nodal link 10 contacts the stopper 920 even if the first nodal link 10 does not contact the object.

모터(80)는 크랭크축(5)과 수직한 방향으로 연장되는 입력축(801)을 포함한다. The motor 80 includes an input shaft 801 extending in a direction perpendicular to the crankshaft 5.

입력축(801)과 크랭크축(5)은 구형 4절 조인트 기구(90)에 의해 연결된다. 구형 4절 조인트 기구(90)의 구체적인 구성은 후술한다. The input shaft 801 and the crankshaft 5 are connected by a spherical four-joint mechanism 90. The specific configuration of the spherical four-joint mechanism 90 will be described later.

크랭크(60)는 크랭크축(5)에 고정되어 크랭크축(5)과 함께 회전한다. 제1마디 링크(10)는 크랭크(60)의 위쪽에서 크랭크축(5)에 자유회전 가능하게 연결된다. The crank 60 is fixed to the crankshaft 5 and rotates together with the crankshaft 5. The first nodal link 10 is rotatably connected to the crankshaft 5 at the upper side of the crank 60.

제2마디 링크(20)는 대략 비대칭한 "工"자 형태를 가진다. 제4조인트(J₄)에 위치하는 제2마디 링크(20)의 일 단부에는 축(86)(도 7 참조)이 상방으로 연장되고, 축(86)에 차례로 제2전달 링크(42)와 제1마디 링크(10)가 연결된다. The second node link 20 has an approximately asymmetric "truncated" shape. An axis 86 (see FIG. 7) extends upwardly at one end of the second nodal link 20 located at the fourth joint J ₄ and is connected to the second transmission link 42 The first node link 10 is connected.

자세히 도시하지는 않았지만, 제7조인트(J₇)에 위치하는 제3마디 링크(30)의 단부에는 축이 상방으로 연장되고, 그 축에 제4전달 링크(52)와 제2마디 링크(20)가 연결된다. Although not shown in detail, the shaft is extended upward at the end of the third node link 30 located at the seventh joint J ₇ , and the fourth transmission link 52 and the second node link 20 are provided on the shaft. Respectively.

제1연결 링크(40)와 제2연결 링크(50)가 서로의 움직임을 간섭하지 않도록, 제1연결 링크(40)의 제1전달 링크(41)는 크랭크(60)의 위쪽 면에서 연결되고, 제2연결 링크(50)의 제3전달 링크(51)는 크랭크(60)의 아래쪽 면에서 연결된다. The first transmission link 41 of the first connecting link 40 is connected at the upper surface of the crank 60 so that the first connecting link 40 and the second connecting link 50 do not interfere with each other And the third transmission link 51 of the second connecting link 50 are connected at the lower surface of the crank 60. [

도시된 바와 같이, 각 링크 부재들은 서로의 움직임을 간섭하지 않으면서 구성이 간소화되도록 적절한 형태로 굴절 또는 만곡될 수 있다. As shown, each of the link members can be bent or bent in a proper shape so as to simplify the configuration without interfering with each other's movement.

도 7은 본 실시예에 따른 로봇 손가락 구조체의 일부 구성을 분리한 분리 사시도이다. 7 is an exploded perspective view showing a part of the structure of the robot finger structure according to the present embodiment.

도 7에 도시된 바와 같이, 크랭크축(5)에 고정된 크랭크(60)의 제1조인트(J₁)에는 제1강성 부여 기구로서 제1토션 스프링(710)이 배치된다. 제1토션 스프링(710)은 크랭크(60)와 제1마디 링크(10)에 연결된다. 7, a first torsion spring 710 is disposed as a first stiffness imparting mechanism in the first joint J ₁ of the crank 60 fixed to the crankshaft 5. The first torsion spring 710 is connected to the crankshaft 60 and the first nodal link 10.

제1토션 스프링(710)의 탄성력이 제공하는 강성에 의해 크랭크(60)와 제1마디 링크(10)의 자유회전을 구속하게 된다. The free rotation of the first joint link 10 is constrained by the rigidity provided by the elastic force of the first torsion spring 710.

이와 유사하게, 제4조인트(J₄)에는 제2강성 부여 기구로서 제2토션 스프링(720)이 배치된다. 제2토션 스프링(720)은 제2전달 링크(42)와 제2마디 링크(20)에 연결된다. Similarly, the fourth joint (J _4), the second torsion spring 720 as the rigid applying mechanism is arranged. The second torsion spring 720 is connected to the second transmission link 42 and the second nodal link 20.

제2토션 스프링(720)의 탄성력이 제공하는 강성에 의해 제2전달 링크(42)와 제2마디 링크(20)의 자유회전을 구속하게 된다. And the free rotation of the second transmission link 42 and the second nodal link 20 is restrained by the rigidity provided by the elastic force of the second torsion spring 720.

또한, 자세히 도시하지는 않았지만, 제7조인트(J₇)에는 제3강성 부여 기구로서 제3토션 스프링(730)이 배치된다. 제3토션 스프링(730)은 제4전달 링크(52)와 제3마디 링크(30)에 연결된다. . Further, although not shown in detail, the seventh joint (J _7), the second the third torsion spring 730 as a rigid three-applying mechanism is disposed. The third torsion spring 730 is connected to the fourth transmission link 52 and the third node link 30. .

제3토션 스프링(730)의 탄성력이 제공하는 강성에 의해 제4전달 링크(52)와 제3마디 링크(30)의 자유회전을 구속하게 된다.The free rotation of the fourth transmission link 52 and the third nodal link 30 is restrained by the rigidity provided by the elastic force of the third torsion spring 730.

이와 같은 구성에 따르면, 사람의 손가락의 실제 동작과 매우 유사한 동작을 수행할 수 있다. According to such a configuration, an operation very similar to the actual operation of the human finger can be performed.

도 3 및 도 8a 내지 도 8d를 참조하여, 손가락 구조체를 이용해 물체를 파지하는 과정을 설명한다. A process of gripping an object using the finger structure will be described with reference to Figs. 3 and 8A to 8D. Fig.

도 8a 내지 도 8d는 본 실시예에 따른 손가락 구조체를 이용해 물체를 파지하는 과정을 도시한 것이다. 8A to 8D show a process of gripping an object using the finger structure according to the present embodiment.

물체와의 접촉 등에 의한 외력이 작용하지 않은 상태에서는 제1강성 부여 기구(71), 제2강성 부여 기구(72) 및 제3강성 부여 기구(73)가 부여하는 강성에 의해 손가락 구조체의 링크들의 상대 운동이 모두 구속된다. The rigidity imparted by the first stiffness imparting mechanism 71, the second stiffness imparting mechanism 72, and the third stiffness imparting mechanism 73 allows the links of the finger structures All relative movements are constrained.

따라서, 마디 링크들(10, 20, 30)에 물체가 접촉하지 않은 상태에서 크랭크(60)가 크랭크축(2)을 중심으로 (도 3에서 반시계 방향으로) 회전하면, 제1마디 링크(10), 제2마디 링크(20) 및 제3마디 링크(30)가 서로 상대적 위치를 유지하며 크랭크(60)와 함께 동일 방향으로 전체적으로 회전한다(도 8a -> 도 8b). Therefore, when the crank 60 rotates about the crankshaft 2 (counterclockwise in Fig. 3) in the state where no objects touch the nodal links 10, 20 and 30, the first nodal link 10a, 10b, 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10a, 10b, 10c,

제1마디 링크(10), 제2마디 링크(20) 및 제3마디 링크(30)가 함께 회전하는 도중, 파지하고자 하는 물체가 제1마디 링크(10)에 먼저 접촉하게 되면 제1마디 링크(10)는 더 이상의 회전이 저지되어 움직임이 구속된다. When the object to be gripped first contacts the first nodal link 10 while the first nodal link 10, the second nodal link 20 and the third nodal link 30 are rotating together, (10) stops further rotation and restrains movement.

본 실시예에 따른 크랭크(60)의 회전력은 제1강성 부여 기구(71)가 제공하는 제1강성, 제2강성 부여 기구(71)가 제공하는 제2강성 및 제3강성 부여 기구(71)가 제공하는 제3강성을 극복하여 회전할 수 있을 만큼 크다. The rotational force of the crank 60 according to the present embodiment is the first stiffness provided by the first stiffness imparting mechanism 71, the second stiffness provided by the second stiffening mechanism 71, Which is large enough to overcome the third stiffness and provide rotation.

따라서, 제1마디 링크(10)의 움직임이 물체에 의해 구속된 경우에도, 크랭크(60)는 제1강성 부여 기구(71)가 제공하는 제1강성을 극복하여 제1강성 부여 기구(71)를 구부리면서 계속 회전 가능하다. Therefore, even when the movement of the first nodal link 10 is restricted by the object, the crank 60 overcomes the first rigidity provided by the first rigidity imparting mechanism 71, It is possible to continue to rotate while bending.

크랭크(60)가 회전하면, 제2조인트(J₂)가 크랭크축(2)을 중심으로 회전하면서 그에 연결된 제1전달 링크(41)를 밀어낸다. When the crank 60 rotates, the second joint J ₂ rotates around the crankshaft 2 and pushes the first transmission link 41 connected thereto.

제1전달 링크(41)가 이동하면서 위치가 고정되어 있는 제4조인트(J₄)를 기준으로 제2전달 링크(42)를 (도 3에서 반시계 방향으로) 회전시킨다. Thereby the first transmission link 41 rotates in the second transmission link 42 (in the counterclockwise direction in Fig. 3) by a fourth joint (J ₄₎ that is within a fixed position while moving.

제2전달 링크(42)와 제2마디 링크(20) 사이에는 제2강성 부여 기구(72)에 의한 제2강성에 작용하므로, 제2전달 링크(42)와 제2마디 링크(20)의 상대적인 위치가 그대로 유지되면서 제2마디 링크(20)가 제4조인트(J₄)를 기준으로 (도 3에서 반시계 방향으로) 회전한다. 즉, 제2마디 링크(20)가 제1마디 링크(10)에 대해 (도 3에서 반시계 방향으로) 회전하게 된다. Since the second transmission link 42 and the second nodal link 20 act on the second rigidity by the second stiffness imparting mechanism 72, as the relative positions remain the same and the second bar link 20 is rotated by a fourth joint (J ₄₎ (in Figure 3 in the counterclockwise direction). That is, the second nodal link 20 is rotated with respect to the first nodal link 10 (counterclockwise in Fig. 3).

한편, 위와 동시에, 크랭크(60)가 회전하면, 제5조인트(J₅)가 크랭크축(2)을 중심으로 회전하면서 그에 연결된 제3전달 링크(51)를 밀어낸다. At the same time, when the crank 60 rotates, the fifth joint J ₅ rotates about the crankshaft 2 and pushes the third transmission link 51 connected thereto.

제3전달 링크(51)가 이동하면서 제7조인트(J₇)를 기준으로 제4전달 링크(52)를 (도 3에서 반시계 방향으로) 회전시킨다. The third transmission link 51 moves and rotates the fourth transmission link 52 (counterclockwise in Fig. 3) with respect to the seventh joint J ₇ .

제4전달 링크(52)와 제3마디 링크(30) 사이에는 제3강성 부여 기구(73)에 의한 제3강성에 작용하므로, 제4전달 링크(52)와 제3마디 링크(30)의 상대적인 위치가 그대로 유지되면서 제3마디 링크(30)가 제7조인트(J₇)를 기준으로 (도 3에서 반시계 방향으로) 회전한다. 즉, 제3마디 링크(30)가 제2마디 링크(20)에 대해 (도 3에서 반시계 방향으로) 회전하게 된다(도 8b -> 도 8c). Since the fourth transmission link 52 and the third nodal link 30 act on the third rigidity by the third stiffening mechanism 73 between the fourth transmission link 52 and the third nodal link 30, The third joint link 30 rotates about the seventh joint J ₇ (counterclockwise in FIG. 3) while the relative position is maintained. That is, the third nodal link 30 rotates about the second nodal link 20 (counterclockwise in Fig. 3) (Figs. 8B to 8C).

즉, 제1마디 링크(10)가 물체에 접촉한 뒤, 제2마디 링크(20)가 제1마디 링크(10)에 대해 구부러지고, 동시에 제3마디 링크(30)가 제2마디 링크(20)에 대해 구부러진다. 이러한 동작은 도 1을 참조하여 앞에서 설명한 실제 사람의 손가락의 파지 동작 과정과 매우 유사한 것을 알 수 있다. That is, after the first nodal link 10 contacts the object, the second nodal link 20 is bent with respect to the first nodal link 10, and at the same time, the third nodal link 30 is engaged with the second nodal link 10 20). It can be seen that this operation is very similar to the finger operation of the actual human finger described above with reference to FIG.

다음으로, 제2마디 링크(20)에도 접촉하게 되면, 제1마디 링크(10)와 제2마디 링크(20)의 회전이 저지되어 움직임이 구속된다. Next, when the second nodal link 20 is brought into contact with the first nodal link 10, the rotation of the first nodal link 10 and the second nodal link 20 is blocked to restrain the movement.

제2마디 링크(20)의 움직임이 물체에 의해 구속된 경우에도, 크랭크(60)는 제2강성 부여 기구(72)가 제공하는 제2강성을 극복하여 제2강성 부여 기구(72)를 구부리면서 계속 회전 가능하다. Even if the movement of the second joint link 20 is restrained by the object, the crank 60 can overcome the second rigidity provided by the second stiffening mechanism 72 and bend the second stiffening mechanism 72 It is possible to continue to rotate.

크랭크(60)가 회전하면, 제5조인트(J₅)가 크랭크축(2)을 중심으로 회전하면서 그에 연결된 제3전달 링크(51)를 밀어낸다. When the crank 60 rotates, the fifth joint J ₅ rotates about the crankshaft 2 and pushes the third transmission link 51 connected thereto.

제4전달 링크(52)와 제3마디 링크(30) 사이에는 제3강성 부여 기구(73)에 의한 제3강성에 작용하므로, 고정되어 있는 제4전달 링크(52)와 제3마디 링크(30)의 상대적인 위치가 그대로 유지되면서 제3마디 링크(30)가 제7조인트(J₇)를 기준으로 (도 3에서 반시계 방향으로) 회전한다. 즉, 제3마디 링크(30)가 제2마디 링크(20)에 대해 (도 3에서 반시계 방향으로) 더 회전하게 된다(도 8c -> 도 8d). Since the fourth transmission link 52 and the third node link 30 act on the third rigidity by the third stiffness imparting mechanism 73, The third joint link 30 rotates about the seventh joint J ₇ (in the counterclockwise direction in FIG. 3) while the relative position of the third joint link 30 is maintained. That is, the third node link 30 is further rotated (counterclockwise in FIG. 3) with respect to the second node link 20 (FIGS. 8C to 8D).

제3마디 링크(30)가 물체와 접촉할 때까지 회전하게 되면, 더 이상의 마디 링크의 운동을 발생하지는 않으며, 대신 크랭크(60)가 제3강성까지 극복하며 회전하여 제1마디 링크(10), 제2마디 링크(20) 및 제3마디 링크(30)의 모든 마디 링크에 힘을 전달하여, 손가락 구조체가 물체를 강하게 파지하도록 한다. When the third nodal link 30 rotates until it comes into contact with the object, the movement of the further nodal link does not occur. Instead, the crank 60 rotates to overcome the third rigidity, The second nodal link 20 and the third nodal link 30 so that the finger structure strongly grasps the object.

이와 같은 구성에 따르면, 사람의 손가락의 파지 방식과 매우 유사한 파지 메커니즘을 구현하여 안정적이고 세밀한 파지 동작이 가능하며, 하나의 모터를 이용해 모든 마디 링크에 힘을 동시에 전달함으로써 높은 파지력을 낼 수 있다. According to this configuration, stable and detailed gripping operation can be realized by implementing a gripping mechanism which is very similar to the gripping method of a human finger, and a high gripping force can be obtained by simultaneously transmitting the force to all the nodal links using one motor.

또한, 본 실시예에 따르면, 제1마디 링크(10), 제2마디 링크(20) 및 제3마디 링크(30)가 일 방향으로만 회전하도록 제한되어 있지 않으므로, 강성 부여 기구의 강성의 크기와 링크의 구조 파라미터를 적절히 조정하여 더 세밀한 동작이 가능하다.According to the present embodiment, since the first nodal link 10, the second nodal link 20, and the third nodal link 30 are not limited to rotate in only one direction, the magnitude of the rigidity of the stiffness imparting mechanism And the structure parameters of the link are appropriately adjusted to enable more detailed operation.

도 9는 본 실시예에 따른 손가락 구조체를 이용해 안정적인 집기 동작(pulp-pinch) 동작을 수행하는 모습을 도시한 것이다. FIG. 9 shows a state in which a stable gripping operation (pulp-pinch) operation is performed using the finger structure according to the present embodiment.

"집기 동작"은 최말단에 위치한 제3마디 링크(30)를 이용해 물체를 잡는 동작을 의미한다. The "picking operation" means an operation of holding an object using the third node link 30 positioned at the far end.

도 9에 도시한 바와 같이, 제3마디 링크(30)의 끝단에 물체가 접촉한 상태에서 크랭크(60)가 회전하는 경우, 연결 링크(40, 50)와 마디 링크(10, 20, 30)의 기구학적 관계에 의해 제1마디 링크(10), 제2마디 링크(20) 및 제3마디 링크(30)의 상대 회전이 발생하면서 추가적인 링크 메커니즘을 가지지 않고도 핀치 그립이 가능하다. As shown in FIG. 9, when the crank 60 rotates while an object is in contact with an end of the third nodal link 30, the connecting links 40, 50 and the nodal links 10, 20, The pinch grip can be achieved without any additional linkage mechanism, due to the relative rotation of the first, second, and third nodal links 10, 20,

이때, 강성 부여 기구(71, 72, 73)가 제공하는 강성의 크기는 핀치 그립의 안정성을 좌우한다. 다른 물성이 동일한 경우 스프링으로 형성되는 강성 부여 기구(71, 72, 73)의 강성은 스프링 계수의 크기에 의해 결정된다. At this time, the stiffness provided by the stiffness imparting mechanisms 71, 72, and 73 determines the stability of the pinch grip. The stiffness of the stiffness imparting mechanisms 71, 72, and 73 formed by the springs is determined by the magnitude of the spring coefficient when the other physical properties are the same.

다시 도 1을 참조하면, 예를 들어, 제1조인트(J₁)와 제4조인트(J₄) 사이의 거리(l₁₄)를 45.45mm, 제4조인트(J₄)와 제7조인트(J₇) 사이의 거리(l₄₇)를 26.51mm, 제3마디 링크(30)의 길이(l_e)를 22.09mm, 제1조인트(J₁)와 제2조인트(J₂) 사이의 거리(l₁₂)를 12mm, 제1조인트(J₁)와 제5조인트(J₅) 사이의 거리(l₁₅)를 8.65mm, 제3조인트(J₃)와 제4조인트(J₄) 사이의 거리(l₃₄)를 9.21mm, 제6조인트(J₆)와 제7조인트(J₇) 사이의 거리(l₆₇)를 8mm, 제5조인트(J₅)와 제6조인트(J₆) 사이의 거리(l₅₆)를 74.49mm, 제2조인트(J₂)와 제3조인트(J₃) 사이의 거리(l₂₃)를 43.5mm로 하였을 때, 제1강성 부여 기구(71)의 스프링 계수(k₁), 제2강성 부여 기구(72)의 스프링 계수(k₂) 및 제3강성 부여 기구(73)의 스프링 계수(k₃)의 비율이 1: 0.5: 0.1일 때 추가적인 메커니즘을 사용할 필요없이 안정적인 집기 동작이 구현이 가능하였다. Referring again to FIG. 1, for example, the distance l ₁₄ between the first joint J ₁ and the fourth joint J ₄ is 45.45 mm, the distance between the fourth joint J ₄ and the seventh joint J ₇₎ the distance between the distance (26.51mm, a ₄₇ l), the third word to 22.09mm in length (l _e) of the link 30, the first joint (J ₁₎ and a second joint (J ₂₎ between (l ₁₂ is ₁₂ mm and the distance l ₁₅ between the first joint J ₁ and the fifth joint J ₅ is 8.65 mm and the distance between the third joint J ₃ and the fourth joint J ₄ l ₃₄ between the fifth joint J ₅ and the sixth joint J ₆ is 9.21 mm, the distance l ₆₇ between the sixth joint J ₆ and the seventh joint J ₇ is 8 mm, (l ₅₆₎ to 74.49mm, the second joint (J ₂₎ and the third joint (J ₃₎ the spring coefficient of the distance when a ₍₂₃ l) to 43.5mm, the rigid applying mechanism (71) between (k _1), the ratio of the rigid applying mechanism 72, the spring coefficient (k _2), and a third rigidity imparting mechanism 73, the spring coefficient (k ₃₎ of 1: 0.5: without the need for additional mechanisms as 0.1 days stable It was possible to implement the picking operation.

다시 도 7을 참조하면, 구형 조인트 기구(90)는 입력링크(91), 커플러 링크(92) 및 출력링크(93)를 포함한다. Referring again to FIG. 7, the spherical joint mechanism 90 includes an input link 91, a coupler link 92, and an output link 93.

입력링크(91)는 입력축(801)에 고정되는 원통형의 고정체(911)로부터 입력축(801)의 연장방향과는 다른 방향으로 연장된다. 고정체(911)는 입력링크(801)의 회전 중심이 되는 제1회전 조인트(J_s1)를 형성한다. 입력링크(801)는 제1회전 조인트(J_s1)를 중심으로 입력축(801)과 함께 회전한다. 입력링크(91)는 만곡된 형태를 가진다. The input link 91 extends in a direction different from the extending direction of the input shaft 801 from the cylindrical fixed body 911 fixed to the input shaft 801. [ The fixed body 911 forms a first rotary joint J _s1 that becomes the center of rotation of the input link 801. The input link 801 rotates together with the input shaft 801 about the first rotary joint J _s1 . The input link 91 has a curved shape.

커플러 링크(92)는 제2회전 조인트(J_s2)에서 입력링크(91)와 연결되며, 만곡된 형상을 가진다. 출력링크(93)의 일단은 제3회전 조인트(J_s3)에서 커플러 링크(92)와 연결되며, 만곡된 형상을 가진다. The coupler link 92 is connected to the input link 91 at the second rotary joint J _s2 and has a curved shape. One end of the output link 93 is connected to the coupler link 92 at the third rotary joint J _s3 and has a curved shape.

출력링크(93)의 타단은 제4회전 조인트(J_S4)에서 크랭크축(5)과 연결된다. 본 실시예에서 제4회전 조인트(J_S4)는 제1조인트(J₁)이다. The other end of the output link 93 is connected to the crankshaft 5 at the fourth rotary joint J _S4 . In this embodiment, the fourth rotary joint J _S4 is the first joint J ₁ .

도 10은 본 실시예에 따른 구형 조인트 기구(90)의 기구학적 구조를 나타낸 도면이다. 10 is a view showing the kinematic structure of the spherical joint mechanism 90 according to the present embodiment.

도 10에 도시된 바와 같이, 제1회전 조인트(J_S1)에서의 회전 중심축(S_s1)(즉, 입력축(801), 제2회전 조인트(J_S2)에서의 회전 중심축(S_s2), 제3회전 조인트(J_S3)에서의 회전 중심축(S_s3) 및 제4회전 조인트(J_S4)에서의 회전 중심축(S_s4)의 연장선은 점(O)에서 만난다. The rotation center axis S _s1 in the first rotary joint J _S1 (that is, the input shaft 801, the rotation center axis S _s2 in the second rotary joint J _S2 ) The rotation center axis S _s3 in the third rotary joint J _S3 and the extension line of the rotation center axis S _s4 in the fourth rotary joint J _S4 meet at point O. [

모터(80)에 의한 입력축(801)의 회전 운동이 입력링크(91)의 회전을 발생시키고, 입력링크(91)의 회전은 커플러 링크(92)를 통해 출력링크(93)의 회전을 발생시킨다. 출력링크(92)가 제4회전 조인트(J_S4)의 회전 중심축(S_s4)을 중심으로 회전하면서 크랭크축(5)을 회전시키게 되고, 크랭크축(5)이 회전하여 크랭크(60)를 회전시키게 된다.Rotation of the input shaft 801 by the motor 80 causes rotation of the input link 91 and rotation of the input link 91 causes rotation of the output link 93 through the coupler link 92 . The output link 92 rotates about the rotational center axis S _s4 of the fourth rotary joint J _S4 and rotates the crankshaft 5 so that the crankshaft 5 rotates to rotate the crankshaft 60 .

도 8a 내지 도 8d에 도시된 바와 같이, 모터(80)가 회전하면 입력링크(91), 커플러 링크(92) 및 출력링크(93)는 서로 상대적으로 회전하여 위치가 변화하면서, 입력축(801)의 회전력을 그와 수직한 크랭크축(5)에 전달하게 되는 것이다. 8A to 8D, when the motor 80 rotates, the input link 91, the coupler link 92, and the output link 93 rotate relative to each other, To the crankshaft 5 perpendicular to the crankshaft 5.

구형 조인트 기구(90)를 동력전달 기구로 이용함으로써, 직각을 이루는 모터의 입력축(801)과 크랭크축(5) 간에도 효과적으로 동력 전달이 가능하며, 모터(80)의 파워가 마디 링크에서 직접 전달되는 모터(80)의 회전 구간에서 토크 증폭 효과가 발생하며, 핀치 동작으로 제3마디 링크를 통해 물체를 잡을 때 미세한 움직임 조정이 가능하다. By using the spherical joint mechanism 90 as the power transmission mechanism, it is possible to effectively transmit power between the input shaft 801 and the crankshaft 5 of the motor at right angles, and the power of the motor 80 is directly transmitted from the node link A torque amplifying effect is generated in the rotation section of the motor 80 and fine movement adjustment is possible when an object is held through the third joint link by the pinch operation.

본 실시예에 따른 로봇 손가락 구조체는, 사람의 손가락과 동작 메커니즘이 매우 유사하여 손의 일부나 전부가 절단된 환자들의 손 기능 부여를 위한 의수로 이용되기 적합하다. The robot finger structure according to the present embodiment is suitable to be used as a manipulator for giving a hand function of patients whose hands and / or parts are completely cut off because the human finger and the operation mechanism are very similar.

또한, 높은 파지력을 내기에 효과적인 구조이고, 안정적인 집기 동작(pulp-pinch)도 가능하며, 세밀한 파지 동작을 기구학적으로 제어 가능하며, 컴팩트한 구조를 가진다. In addition, it has a structure which is effective for giving a high gripping force, a stable gripping operation (pulp-pinch) is possible, a fine gripping operation can be mechanically controlled, and a compact structure is provided.

나아가, 외골격 형태로 제작함으로써, 파지 동작이 불가능한 환자들의 파지 동작 보조용으로 적절히 이용될 수 있다. Furthermore, by forming the exoskeleton, it can be suitably used for assisting the gripping operation of the patients who can not perform the gripping operation.

도 11 내지 도 13은 본 실시예에 따른 로봇 손가락 구조체를 외골격 형태로 형성한 모습을 도시한 것이다. 11 to 13 illustrate a robot finger structure according to the present embodiment in the form of an exoskeleton.

도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 고정 링크(82)와, 마디 링크(10, 20, 30) 및 연결 링크(40, 50)의 외부에는 손가락 장착 보조구(1001, 1002, 1003, 1004, 1005)가 결합된다. 또한, 기초 프레임(81)에는 사용자의 손등을 지지할 수 있는 손등 장착 보조구(1006)가 결합된다. As shown in Figs. 11 and 12, finger mounting aids 1001, 1002, 1003 and 1004 (not shown) are provided outside the stationary link 82, the node links 10, 20 and 30 and the connecting links 40 and 50, , 1005 are combined. Further, the base frame 81 is coupled with a back light mounting aid 1006 capable of supporting a user's hand.

마디 링크(10, 20, 30) 및 연결 링크(40, 50)의 외부에 결합되는 손가락 장착 보조구(1003, 1004, 1005)는 그 내부에서 마디 링크(10, 20, 30)와 연결 링크(40, 50)가 동작하는 것을 간섭하지 않도록 형성된다. The finger mounting aids 1003, 1004 and 1005 which are coupled to the outside of the nodal links 10, 20 and 30 and the connecting links 40 and 50 are connected to the nodal links 10, 40, and 50 do not interfere with each other.

손가락 장착 보조구(1001)에는 엄지 손가락(1011)의 끝 마디를 지지하기 위한 지지부(1011)가 형성되고, 손가락 장착 보조구(1003, 1004, 1005) 각각에는 검지 손가락의 각 마디를 지지할 수 있는 지지부(1013, 1014, 1015)가 형성된다. The finger attachment assisting tool 1001 is provided with a support portion 1011 for supporting the end node of the thumb 1011 and supports the respective nodes of the index finger on the finger attachment assisting tools 1003, 1004 and 1005 The support portions 1013, 1014, and 1015 are formed.

도 13에 도시된 바와 같이, 지지부(1011, 1012, 1013, 1014, 1015)에는 밸크로(1016)이 형성되어, 사용자의 손을 손가락 구조체에 결속할 수 있다. As shown in Fig. 13, the support portions 1011, 1012, 1013, 1014, and 1015 are provided with a valve 1016 to bind the user's hand to the finger structure.

손가락 구조체가 외골격 형태로 사용자의 손에 장착된 상태에서, 사용자의 근육 움직임을 센싱하는 동작 센서(1017)와, 근육 동작 센서(1017)로부터 센싱된 신호를 통해 모터(80)를 동작시키는 제어기(1018)를 구비함으로써, 사용자의 파지 동작을 보조할 수도 있다. A motion sensor 1017 for sensing the movement of the user's muscles in a state in which the finger structure is mounted on the user's hand in the form of an exoskeleton and a controller for operating the motor 80 through a signal sensed by the muscle motion sensor 1017 1018, it is possible to assist the user's gripping operation.

Claims

motor;
A crankshaft rotated by the motor;
A crank coupled to the crankshaft and rotating about the crankshaft;
A first nodal link connected to the crank at a first joint;
A second nodal link connected to the first nodal link at a fourth joint;
A first connecting link connected to the crank at a second joint and transmitting the rotational force of the crank to the second nodal link; And
And a first rigidity imparting mechanism that imparts a first rigidity to restrain the first nodal link from free rotation relative to the crank,
When the crank rotates in a state in which it is not in contact with an object, the first nodal link and the second nodal link maintain a relative position with respect to each other and rotate together with the crank,
Wherein when the first nodal link contacts the object and the rotation of the first nodal link is blocked, the crank rotates to overcome the first rigidity to rotate the second nodal link about the first nodal link,
The first connection link
A first transmission link connected to the crank at the first joint,
A second transmission link having one end connected to the first transmission link at a third joint and the other end connected to the fourth joint,
And a second stiffness imparting mechanism for imparting a second stiffness that restrains the second nodal link from rotating freely relative to the second transmission link.

delete

The method according to claim 1,
A third nodal link connected to the second nodal link at a seventh joint;
Further comprising a second connecting link for transmitting rotational force of the crank to the third node link,
When the crank rotates without contacting the object, the first nodal link, the second nodal link and the third nodal link maintain their relative positions with respect to each other and rotate together with the crank,
Wherein when the second nodal link is in contact with an object and the rotation of the second nodal link is blocked, the crank rotates to overcome the second rigidity to rotate the third nodal link about the second nodal link A robot finger structure.

The method of claim 3,
Wherein the second connection link comprises:
A third transmission link rotating with the crank,
A fourth transmission link having one end connected to the third transmission link at the sixth joint and the other end connected to the seventh joint,
And a third stiffness imparting mechanism for imparting a third stiffness that restrains the third nodal link from rotating freely relative to the fourth transmission link.

5. The method of claim 4,
And the third transmission link is connected to the crank at a fifth joint.

5. The method of claim 4,
Wherein when the third nodal link contacts an object, the crank rotates to overcome the first and second rigidities to transmit force to the first nodal link, the second nodal link and the third nodal link Robot finger structure.

6. The method of claim 5,
Wherein the first stiffness imparting mechanism, the second stiffness imparting mechanism, and the third stiffness imparting mechanism are torsion springs.

8. The method of claim 7,
Wherein the spring coefficient of the first stiffness imparting mechanism, the second stiffness imparting mechanism, and the third stiffness imparting mechanism is 1: 0.5: 0.1.

The method according to claim 1,
The motor including an input shaft extending perpendicularly to the crankshaft,
Wherein the input shaft and the crankshaft are connected by a spherical joint mechanism.

motor;
A crankshaft rotated by the motor;
A crank coupled to the crankshaft and rotating about the crankshaft;
A first nodal link connected to the crank at a first joint;
A second nodal link connected to the first nodal link at a fourth joint;
A first connecting link connected to the crank at a second joint and transmitting the rotational force of the crank to the second nodal link; And
And a first rigidity imparting mechanism that imparts a first rigidity to restrain the first nodal link from free rotation relative to the crank,
When the crank rotates in a state in which it is not in contact with an object, the first nodal link and the second nodal link maintain a relative position with respect to each other and rotate together with the crank,
Wherein when the first nodal link contacts the object and the rotation of the first nodal link is blocked, the crank rotates to overcome the first rigidity to rotate the second nodal link about the first nodal link,
The motor including an input shaft extending perpendicularly to the crankshaft,
Wherein the input shaft and the crankshaft are connected by a spherical joint mechanism,
Wherein the spherical joint mechanism comprises:
A curved input link fixed to the input shaft at the first rotational joint and rotated by the input shaft and extending in a direction different from the input shaft;
A curved coupler link coupled to the input link at a second rotational joint;
And a curved output link coupled to the coupler link at a third rotational joint,
The output link is connected to the crankshaft at a fourth rotational joint,
Wherein rotation of the motor causes rotation of the input link, the rotational force of the input link causes rotation of the output link via the coupler link,
And the crank shaft is rotated by rotation of the output link to rotate the crank.

11. The method of claim 10,
Wherein the extension lines of the respective rotation center axes in the first rotation joint, the second rotation joint, the third rotation joint and the fourth rotation joint meet at one point.

11. The method according to claim 1 or 10,
Further comprising a mounting aid capable of securing the first and second nodal links to a fingertip of a person, the device being attachable to a human hand.