KR101809507B1

KR101809507B1 - 로봇 핸드

Info

Publication number: KR101809507B1
Application number: KR1020100109911A
Authority: KR
Inventors: 이연백; 김용재; 김정훈; 박흠용
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2010-11-05
Filing date: 2010-11-05
Publication date: 2017-12-15
Also published as: US8690212B2; US20120112485A1; KR20120048326A

Abstract

본 발명은 로봇 핸드에 관한 것으로, 프레임에 대해 상대 운동하는 링크부재와, 프레임과 링크부재 사이에 마련되는 조인트유닛과, 조인트유닛에 동력을 제공하여 링크부재를 회동시키는 구동유닛과, 링크부재가 회동함에 따라 프레임과의 상대 위치가 변경되는 경우에도 조인트유닛에 일정한 토크를 제공하는 백래시 제거유닛을 포함하여 구성되는 것이다.

Description

로봇 핸드{ROBOT HAND}

본 발명은 로봇 핸드에 관한 것으로, 손가락을 정확하게 제어할 수 있는 로봇 핸드에 관한 것이다.

로봇 핸드에서 하나의 손가락 내의 관절은 손바닥과 첫마디 사이의 수장지(MP) 관절과, 첫마디와 중간마디 사이의 근위지간(PIP) 관절과, 중간마디와 끝마디 사이의 원위지절(DIP) 관절로 이루어진다. MP 관절은 2개의 자유도를 가지며, PIP 관절과 DIP 관절은 움직임이 연관되어 있어서 1개의 자유도만 가지는 것이 보통이다. 따라서 손가락은 총 3개의 자유도를 가지며, 공간상에서 임의의 위치에 손 끝을 이동시킬 수 있다.

로봇 핸드는 크게 2가지 방식으로 구동된다. 먼저, 구동모터는 로봇 핸드 외부에 배치되어 케이블을 통해 구동력을 전달하는 구조이다. 다음으로, 손가락 관절에 구동모터가 설치되어 기어를 통해 구동력을 전달하는 구조이다. 특히, 기어를 이용하여 구동하는 경우 기어에서 발생할 수 있는 백래쉬를 제거하여야만 정확한 구동토크를 측정할 수 있고, 손가락 힘을 제어할 수 있다.

일 측은, 로봇 핸드의 손가락의 가동각을 크게 할 수 있는 로봇 핸드를 개시한다.

다른 일측은, 로봇 핸드의 손가락 관절에서 실제 토크를 정확하게 측정할 수 있는 로봇 핸드를 개시한다.

일 기술적 사상에 따른 로봇 핸드는 프레임;과 상기 프레임에 대해 상대 운동하는 제1링크부재;와 상기 제1링크부재에 대해서 상대 운동하는 제2링크부재;와 상기 프레임과 상기 제1링크부재 사이에 마련되는 제1조인트유닛;과 상기 제1링크부재와 상기 제2링크부재 사이에 마련되는 제2조인트유닛;과 상기 제1조인트유닛과 상기 제2조인트유닛을 연결하는 동력전달유닛;과 상기 제1조인트유닛에 동력을 제공하여 상기 제1링크부재가 상기 프레임에 대하여 상대 운동되도록 하고, 상기 제2링크부재가 상기 제1링크부재에 대해 상대 운동되도록 하는 제1구동유닛;과 상기 제1구동유닛에 의해서 상기 제1링크부재와 상기 제2링크부재가 회동함에 따라 상기 프레임과의 상대 위치가 변경되는 경우에도 상기 제1조인트유닛에 일정한 토크를 제공하고, 상기 제2조인트유닛에 일정한 토크를 제공하는 백래시 제거유닛;을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 백래시 제거유닛은, 상기 제2링크부재에 고정되는 제1단부와 상기 프레임 측에 위치하는 제2단부를 가지는 케이블;과, 상기 케이블의 제2단부에 연결되어 일정한 장력을 제공하는 장력제공부;와, 상기 케이블의 제1부분이 상기 제1조인트유닛에 밀착되도록 하는 제1밀착용풀리;와, 상기 케이블의 제2부분이 상기 제2조인트유닛에 밀착되도록 하는 제2밀착용풀리;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제1조인트유닛은, 제1회전축;과, 상기 제1회전축에 마련되는 제1기어부;와, 상기 제1회전축에 마련되어 상기 케이블의 제1부분이 밀착되는 제1풀리;를 포함하고, 상기 제2조인트유닛은, 제2회전축;과, 상기 제2회전축에 마련되는 제3기어부;와, 상기 제2회전축에 마련되는 상기 케이블의 제2부분이 밀착되는 제2풀리;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제1구동유닛은, 제1구동모터;와, 상기 제1구동모터에서 동력을 제공받는 제1구동기어;를 포함하고, 상기 제1구동기어는 상기 제1기어부와 맞물리는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 동력전달유닛은 서로 맞물리는 제1연결기어와 제2연결기어;를 포함하고, 상기 제1연결기어는 상기 제1기어부와 맞물리고 상기 제2연결기어는 상기 제3기어부와 맞물리는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제1구동유닛은 상기 제1구동모터에 공급되는 전류를 측정하는 제1센서부;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 장력제공부는 정하중 스프링을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제1조인트유닛에 동력을 제공하여 상기 제1링크부재가 상기 프레임에 대하여 상대 운동되도록 하는 제2구동유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제1조인트유닛은, 제1회전축과, 상기 제1회전축에 마련되는 제2기어부;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제2구동유닛은, 제2구동모터;와, 상기 제2구동모터에서 동력을 제공받는 제2구동기어;를 포함하고, 상기 제2구동기어는 상기 제2기어부와 맞물리는 것을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제2구동유닛은 상기 제2구동모터에 공급되는 전류를 측정하는 제2센서부;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 다른 기술적 사상에 따른 로봇 핸드는 프레임;과 상기 프레임에 대해 상대 운동하는 링크부재;와 상기 프레임과 상기 링크부재 사이에 마련되는 조인트유닛;과 상기 조인트유닛에 동력을 제공하여 상기 링크부재를 회동시키는 구동유닛;과 상기 링크부재가 회동함에 따라 상기 프레임과의 상대 위치가 변경되는 경우에도 상기 조인트유닛에 일정한 토크를 제공하는 백래시 제거유닛;을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 백래시 제거유닛은, 상기 링크부재에 고정되는 제1단부와 상기 프레임 측에 위치하는 제2단부를 가지는 케이블;과, 상기 케이블의 제2단부에 연결되어 장력을 제공하는 장력제공부;와, 상기 케이블의 적어도 일 부분이 상기 조인트유닛에 밀착되도록 하는 밀착용풀리;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 조인트유닛은

회전축;과, 상기 회전축에 마련되는 기어부;와, 상기 회전축에 마련되어 상기 케이블의 적어도 일 부분이 밀착되는 풀리;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 구동유닛은 구동모터;와, 상기 구동모터에서 동력을 제공받는 구동기어;를 포함하고, 상기 구동기어는 상기 기어부와 맞물리는 것을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 구동유닛은 상기 구동모터에 공급되는 전류를 측정하는 센서부;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

일 실시예에 따른 로봇 핸드는 일정한 토크로 백래시를 제거할 수 있게 되어 전류 센싱으로 손가락 토크를 측정할 때 백래시에 의한 오류를 개선할 수 있다.

또한, 손가락의 자세에 따라 힘을 계산하지 않고도 전류센싱에 의한 손가락토크에서 정하중 스프링에 의한 토크를 더하거나 뺌으로써 실제 손가락의 파지를 위한 구동토크를 구할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 로봇 핸드의 주요 구성을 나타낸 모식도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 손가락을 나타낸 전방 사시도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 손가락을 나타낸 후방 사시도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 손가락을 나타낸 분해 사시도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 로봇 핸드의 동작 모습을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5의 제1 및 제2조인트유닛에서의 토크를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 로봇 핸드의 손가락이 우측으로 굽혀지는 동작을 나타낸 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 로봇 핸드의 손가락이 좌측으로 굽혀지는 동작을 나타낸 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 제1구동유닛에 의한 로봇 핸드의 동작 모습을 나타낸 도면이다.
도 10은 일 실시예에 다른 제2구동유닛에 의한 로봇 핸드의 동작 모습을 나타낸 도면이다.

이하, 일 실시예에 따른 로봇 핸드에 대하여 첨부도면을 참조하여 자세히 설명한다.

도 1은 일 실시예에 따른 로봇 핸드의 주요 구성을 나타낸 모식도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 로봇 핸드(10)는 손바닥(11)과 손가락(12)들로 이루어지는데, 각 손가락(12)은 손바닥(11)과 첫 마디(13a) 사이의 MP 관절(13b)과, 첫 마디(13a)와 중간 마디(14a) 사이의 PIP 관절(14b)과, 중간 마디(14a)와 끝 마디(15a) 사이의 DIP 관절(15b)을 포함하여 구성될 수 있다.

MP 관절(13b)은 2 자유도를 가지며, PIP 관절(14b)과 DIP 관절(15b)은 움직임이 연관되어 있어서 1 자유도만 가지는 것이 보통이다. 손가락(12)은 총 3 자유도를 가지며, 공간상에서 임의의 위치에 손 끝을 이동시킬 수 있다.

손가락(12) 각각은 구조가 동일하므로, 이하에서는 하나의 손가락(12)을 가지고 설명하도록 한다. 또한, 설명의 편의를 위하여 MP 관절(13b)과 PIP 관절(14b)을 가지는 손가락(12)을 예로 들어 설명하기로 한다.

도 2는 일 실시예에 따른 손가락을 나타낸 전방 사시도이고, 도 3은 일 실시예에 따른 손가락을 나타낸 후방 사시도이고, 도 4는 일 실시예에 따른 손가락을 나타낸 분해 사시도이다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 로봇 핸드(10)는 프레임(20)과, 제1링크부재(30), 제2링크부재(40), 제1조인트유닛(50), 제2조인트유닛(60), 제1구동유닛(70), 제2구동유닛(80), 동력전달유닛(90), 백래시 제거유닛(100)을 포함하여 구성될 수 있다.

프레임(20)은 로봇 핸드(10)의 손바닥(11)에 해당할 수 있다. 프레임(20)의 하측에는 제1구동유닛(70)과 제2구동유닛(80)이 설치된다. 제1구동유닛(70)은 제1구동모터(71)와, 제1구동모터(71)에서 동력을 제공받는 제1구동기어(73)와, 제1구동모터(71)에 공급되는 전류를 측정하는 제1센서부(74)를 포함하여 구성될 수 있고, 제2구동유닛(80)은 제2구동모터(81)와, 제2구동모터(81)에서 동력을 제공받는 제2구동기어(83)와, 제2구동모터(81)에 공급되는 전류를 측정하는 제2센서부(84)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 제1구동모터(71)와 제1구동기어(73) 사이에는 제1베벨기어(72)가 마련되고, 제2구동모터(81)와 제2구동기어(83) 사이에는 제2베벨기어(82)가 마련된다.

프레임(20)의 상측에는 제1조인트유닛(50)이 마련된다. 제1조인트유닛(50)은 제1회전축(51)과 제1기어부(52), 제2기어부(53), 제1풀리(54)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서 제1조인트유닛(50)은 로봇 핸드(10)의 MP 관절(13b)에 해당할 수 있다.

제1회전축(51)은 제1링크부재(30)를 프레임(20)에 회전 가능하게 고정한다. 제1링크부재(30)는 제1회전축(51)을 중심으로 프레임(20)에 대하여 상대 운동할 수 있다. 제1링크부재(30)가 회동함에 따라 프레임(20)과의 상대 위치가 변동된다.

제1기어부(52)는 제1회전축(51)과 함께 회전하도록 제1회전축(51) 상에 마련되어, 제1구동기어(73)와 맞물린다. 제2기어부(53)는 제1회전축(51)과 함께 회전하도록 제1회전축(51) 상에 마련되어 제2구동기어(83)와 맞물린다. 제1구동모터(71)는 제1베벨기어(72)를 통하여 제1구동기어(73)에 동력을 전달한다. 이후 제1기어부(52)가 회전하면서 제1링크부재(30)가 제1회전축(51)을 중심으로 회전한다. 한편, 제2구동모터(81)는 제2베벨기어(82)를 통하여 제2구동기어(83)에 동력을 전달한다. 이후 제2기어부(53)가 회전하면서 제1링크부재(30)가 제1회전축(51)을 중심으로 회전한다.

제1풀리(54)는 제1회전축(51)에 마련되는데, 제1풀리(54)에는 케이블(110)이 밀착된다. 한편, 다른 실시예로, 제1풀리(54)에는 케이블(110)이 감겨질 수 있다.

제1링크부재(30)의 상측에는 제2조인트유닛(60)이 마련된다. 제2조인트유닛(60)은 제2회전축(61)과 제3기어부(62), 제2풀리(63)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서 제2조인트유닛(60)은 로봇 핸드(10)의 PIP 관절(14b)에 해당할 수 있다.

제2회전축(61)은 제2링크부재(40)를 제1링크부재(30)에 회전 가능하게 고정한다. 제2링크부재(40)는 제2회전축(61)을 중심으로 하여 프레임(20)에 대하여 상대 운동할 수 있다. 제2링크부재(40)가 회동함에 따라 프레임(20) 및 제1링크부재(30)와의 상대 위치가 변동된다.

제3기어부(62)는 제2회전축(61)과 함께 회전하도록 제2회전축(61) 상에 마련되어, 동력전달유닛(90)의 제1연결기어(91)와 제2연결기어(92)에 의하여 제1조인트유닛(50)의 제1기어부(52)와 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, 제1기어부(52)는 제1연결기어(91) 맞물리고, 제1연결기어(91)는 제2연결기어(92)와 맞물리고, 제2연결기어(92)는 제3기어부(62)와 맞물린다. 제1구동모터(71)는 제1베벨기어(72)를 통하여 제1구동기어(73)에 동력을 전달한다. 이후 제1기어부(52)가 회전하면서 제1링크부재(30)가 제1회전축(51)을 중심으로 회전한다. 이와 동시에 제1기어부(52)는 제1연결기어(91)와 제2연결기어(92)를 통하여 제3기어부(62)에 동력을 전달한다. 제3기어부(62)가 회전하면서 제2링크부재(40)가 제2회전축(61)을 중심으로 회전한다.

제2풀리(63)는 제2회전축(61)에 마련되는데, 제2풀리(63)에는 케이블(110)이 접촉된다. 한편, 다른 실시예로, 제2풀리(63)에는 케이블(110)이 감겨질 수 있다.

백래시 제거유닛(100)은 케이블(110)과 장력제공부(130), 제1밀착용풀리(121), 제2밀착용풀리(122)를 포함하여 구성될 수 있다.

케이블(110)의 제1단부(111)는 제2링크부재(40)에 고정된다. 케이블(110)의 제2단부(112)는 프레임(20)의 하측에 위치하여 장력제공부(130)에 고정된다. 장력제공부(130)는 케이블(110)의 길이가 변경되는 경우에도 케이블(110)에 일정한 장력을 제공할 수 있다. 일 예로, 장력제공부(130)는 정하중 스프링으로 형성될 수 있다. 결국 제2링크부재(40)는 케이블(110)의 장력에 의해서 프레임(20) 측으로 잡아 당겨지는 구조이다.

케이블(110)은 제1조인트유닛(50)의 제1풀리(54)에 밀착하면서 지나가는데, 프레임(20)에 형성되는 제1밀착용풀리(121)는 케이블(110)의 제1부분(114)이 항상 제1조인트유닛(50)의 제1풀리(54)에 밀착되도록 한다. 따라서 제1회전축(51)에서 제1풀리(54)에 밀착하는 케이블(110)의 제1부분(114)까지 거리는 항상 일정하게 유지될 수 있다. 즉, 이에 해당하는 거리는 제1풀리(54)의 반경(R1)과 실질적으로 동일하다.

또한, 케이블(110)은 제2조인트유닛(60)의 제2풀리(63)에 밀착하면서 지나가는데, 제1링크부재(30)에 형성되는 제2밀착용풀리(122)는 케이블(110)의 제2부분(113)이 항상 제2조인트유닛(60)의 제2풀리(63)에 밀착되도록 한다. 따라서 제2회전축(61)에서 제2풀리(63)에 밀착하는 케이블(110)의 제2부분(113)까지 거리는 항상 일정하게 유지될 수 있다. 즉, 이에 해당하는 거리는 제2풀리(63)의 반경(R2)과 실질적으로 동일하다.

한편, 다른 실시예로, 제1풀리(54)의 반경(R1)과 제2풀리(63)의 반경(R2)는 동일 반경으로 형성될 수 있다.

도 5는 일 실시예에 따른 로봇 핸드의 동작 모습을 나타낸 도면이고, 도 6은 도 5의 제1 및 제2조인트유닛에서의 토크를 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 7은 일 실시예에 따른 로봇 핸드의 손가락이 우측으로 굽혀지는 동작을 나타낸 도면이고, 도 8은 일 실시예에 따른 로봇 핸드의 손가락이 좌측으로 굽혀지는 동작을 나타낸 도면이다.

도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 로봇 핸드(10)의 제1링크부재(30)와 제2링크부재(40)는 완전히 펼쳐져 있는 상태이다. 이 상태에서 장력제공부(130)는 케이블(110)에 일정한 장력(T)을 제공한다. 케이블(110)은 제2링크부재(40)를 프레임(20) 측으로 잡아당기는 힘을 지속적으로 제공한다.

특히 도 5에서 도 7 또는 도 8과 같이 변경되는 경우에도 제2회전축(61)과 케이블(110)의 제1단부(111)는 모두 제2링크부재(40)에 위치하고 있으므로, 제2회전축(61)과 케이블(110)의 제1단부(111) 사이의 길이(L2)는 일정하게 유지되고, 제2링크부재(40)에 제2풀리(63)의 반경(R2)도 일정하게 유지되므로, 제2회전축(61)에는 일정한 토크(T2)가 작용한다. 그리고 제1회전축(51)과 제2밀착용풀리(122)는 모두 제1링크부재(30)에 위치하고 있으므로, 제1회전축(51)과 제2밀착용풀리(122) 사이의 길이(L1)가 일정하게 유지되고, 제1풀리(54)의 반경(R1)도 일정하게 유지되므로, 제1회전축(51)에는 일정한 토크(T1)가 작용한다.

결국 제1회전축(51)에는 일정한 토크(T1)가 걸리기 때문에 제1구동기어(73)와 제1기어부(52) 사이의 백래시가 제거될 수 있고, 제2구동기어(83)와 제2기어부(53) 사이의 백래시가 제거될 수 있다. 또한, 제2회전축(61)에도 일정한 토크(T2)가 걸리기 때문에 제3기어부(62)와 제1연결기어(91)와 제2연결기어(92)와 제1기어부(52) 사이의 백래시가 제거될 수 있다. 이처럼 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 로봇 핸드(10)의 위상(또는 가동각)이 거의 180°에 가깝게 변경되더라도, 백래시 제거유닛(100)에 의해서 기어들 사이의 백래시가 제거되기 때문에 로봇 핸드(10)는 정밀하게 제어될 수 있다.

도 9는 일 실시예에 따른 제1구동유닛에 의한 로봇 핸드의 동작 모습을 나타낸 도면이고, 도 10은 일 실시예에 다른 제2구동유닛에 의한 로봇 핸드의 동작 모습을 나타낸 도면이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 제1구동유닛(70)을 동작시키는 경우 제1링크부재(30)는 프레임(20)에 대하여 상대 운동하고 제2링크부재(40)는 제1링크부재(30)에 대하여 상대 운동한다. 제1구동모터(71)는 제1베벨기어(72)를 통하여 제1구동기어(73)에 동력을 전달한다. 제1구동기어(73)는 제1기어부(52)에 동력을 전달하고, 제1링크부재(30)는 제1회전축(51)을 중심으로 회전한다. 이와 동시에 제1기어부(52)는 제1연결기어(91)와 제2연결기어(92)를 통하여 제3기어부(62)에 동력을 전달하고, 제2링크부재(40)는 제2회전축(61)을 중심으로 회전한다. 이때 제1링크부재(30)의 회전 방향과 제2링크부재(40)의 회전 방향은 반대이다. 또한, 제1회전축(51)에는 백래시 제거유닛(100)에 의해서 일정한 토크(T1)가 걸린 상태이고 제2회전축(61)에는 일정한 토크(T2)가 걸린 상태이다.

로봇 핸드(10)의 제1센서부(74)는 제1구동모터(71)로 공급되는 전류를 측정하여 제1구동기어(73)로 제공되는 구동토크를 구할 수 있다. 이 구동토크는 기어들에 의해서 제1조인트유닛(50)과 제2조인트유닛(60)에도 전달된다. 또한, 제1조인트유닛(50)과 제2조인트유닛(60)에는 백래시 제거유닛(100)에 의해서 일정한 토크(T1, T2)가 작용하고 있다. 결국 제1센서부(74)에 의해서 측정되는 전류값을 이용하여 구동토크를 계산할 수 있고, 백래시 제거유닛(100)에 의해서 작용하는 토크(T1, T2)를 알 수 있기 때문에 제1조인트유닛(50)과 제2조인트유닛(60)에 걸리는 실제 토크를 구할 수 있다. 즉, 도 9와 같은 경우, 제1조인트유닛(50)에서 실제 토크는 제1센서부(74)에 의해서 측정되는 전류값에 대응하는 구동토크에서 백래시 제거유닛(100)에 의한 토크(T1)를 차감해줌으로써 구할 수 있고, 제2조인트유닛(60)에서 실제 토크는 전류값에 대응하는 구동토크에서 백래시 제거유닛(100)에 의한 토크(T2)를 더해줌으로써 쉽게 구할 수 있다.

한편, 다른 실시예로, 제1링크부재(30)와 제2링크부재(40)가 도 9와 반대 방향으로 회동하는 경우 제1조인트유닛(50)에서 실제토크는 구동토크에서 백래시 제거유닛(100)에 의한 토크(T1)를 더해줌으로써 구할 수 있고, 제2조인트유닛(60)에서의 실제토크는 구동토크에서 백래시 제거유닛(100)에 의한 토크(T2)를 차감해줌으로써 구할 수 있다.

또한, 도 10에 도시된 것처럼, 제2구동유닛(80)을 동작시키는 경우 제1링크부재(30)는 프레임(20)에 대하여 상대 운동한다. 즉, 제2구동모터(81)는 제2베벨기어(82)를 통하여 제2구동기어(83)에 동력을 전달한다. 제2구동기어(83)는 제2기어부(53)에 동력을 전달하고, 제1링크부재(30)는 제1회전축(51)을 중심으로 회전한다. 이때 제1회전축(51)에는 백래시 제거유닛(100)에 의해서 일정한 토크(T1)가 걸린 상태이고, 제2회전축(61)에도 일정한 토크(T2)가 걸린 상태이다.

로봇 핸드(10)의 제2센서부(84)는 제2구동모터(81)로 공급되는 전류를 측정함으로써 제2구동기어(83)로 제공되는 구동토크를 구할 수 있다. 이 구동토크는 제2기어부(53) 즉, 제1조인트유닛(50)에 전달된다. 또한, 제1조인트유닛(50)에는 백래시 제거유닛(100)에 의해서 일정한 토크(T1)가 작용하고 있다. 결국 제2센서부(84)에 의해서 측정되는 전류값을 이용하여 구동토크를 계산할 수 있고, 백래시 제거유닛(100)에 의해서 작용하는 토크(T1)을 알 수 있기 때문에 제1조인트유닛(50)에 걸리는 실제 토크를 구할 수 있다. 즉, 도 10과 같은 경우, 제1조인트유닛(50)에서 실제 토크는 제2센서부(84)에 의해서 측정되는 전류값에 대응하는 구동토크에서 백래시 제거유닛(100)에 의한 토크(T1)를 차감해줌으로써 구할 수 있다.

한편, 다른 실시예에로, 제1링크부재(30)가 도 10과 반대 방향으로 회동하는 경우 제1조인트유닛(50)에서 실제 토크는 구동토크에서 백래시 제거유닛(100)에 의한 토크(T1)를 더해줌으로써 구할 수 있다.

결국 프레임(20)에 대한 제1링크부재(30)와 제2링크부재(40)의 상대 위치가 변동되더라도 백래시 제거유닛(100)에 의하여 제1조인트유닛(50)과 제2조인트유닛(60)에 걸리는 토크(T1, T2)가 일정하기 때문에 제1센서부(74)와 제2센서부(84)를 통하여 구동토크만 구하면 백래시 제거유닛(100)에 의하여 제1조인트유닛(50)과 제2조인트유닛(60)에 걸리는 토크(T1, T2)를 차감함으로써 제1조인트유닛(50)과 제2조인트유닛(60)에 걸리는 실제 토크를 매우 쉽고 단순하게 구할 수 있다. 이로써 로봇 핸드(10)는 각 관절에서의 실제 토크가 정확하게 제어될 수 있으므로 그 움직임도 정밀하게 제어될 수 있다.

한편, 제1구동유닛(70)과 제2구동유닛(80)을 적절하게 조합하는 경우 도 6 내지 도 8과 같은 동작은 쉽게 구현될 수 있고, 이외에도 다양한 형상의 로봇 핸드(10)를 구현할 수 있다.

한편, 도 1 내지 도 10은 프레임(20)에 제1링크부재(30)가 회동 가능하게 마련되고, 제1링크부재(30)에 제2링크부재(40)가 회전 가능하게 마련되는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 다른 실시예로, 프레임(20)에 제1링크부재(30)만 회동 가능하게 마련되는 것도 가능하고, 또 다른 실시예로, 프레임(20)에 제1링크부재(30)가 회동 가능하게 마련되고, 제1링크부재(30)에 제2링크부재(40)가 회동 가능하게 마련되고, 제2링크부재(40)에 제3링크부재 등이 추가로 회동 가능하게 마련될 수 있다.

10: 로봇 핸드 20: 프레임
30: 제1링크부재 40: 제2링크부재
50: 제1조인트유닛 60: 제2조인트유닛
70: 제1구동유닛 80: 제2구동유닛
90: 동력전달유닛 100: 백래시 제거유닛

Claims

프레임;과
상기 프레임에 대해 상대 운동하는 제1링크부재;와
상기 제1링크부재에 대해서 상대 운동하는 제2링크부재;와
상기 프레임과 상기 제1링크부재 사이에 마련되는 제1조인트유닛;과
상기 제1조인트유닛에 동력을 제공하여 상기 제1링크부재가 상기 프레임에 대하여 상대 운동되도록 하는 제1구동유닛;과
상기 제1링크부재와 상기 제2링크부재 사이에 마련되는 제2조인트유닛;과
상기 제1조인트유닛과 상기 제2조인트유닛을 연결하는 동력전달유닛;과
상기 제1구동유닛에 의해서 상기 제1링크부재와 상기 제2링크부재가 회동함에 따라 상기 프레임과의 상대 위치가 변경되는 경우에도 상기 제1조인트유닛에 일정한 토크를 제공하고, 상기 제2조인트유닛에 일정한 토크를 제공하는 백래시 제거유닛;을 포함하고,
상기 백래시 제거 유닛은,
상기 제2링크부재에 고정되는 제1단부와 상기 프레임 측에 위치하는 제2단부를 가지는 케이블;과, 상기 케이블의 제2단부에 연결되어 일정한 장력을 제공하는 장력제공부;와, 상기 케이블의 제1부분이 상기 제1조인트유닛에 밀착되도록 하는 제1밀착용풀리;와, 상기 케이블의 제2부분이 상기 제2조인트유닛에 밀착되도록 하는 제2밀착용풀리;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 핸드.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1조인트유닛은, 제1회전축;과, 상기 제1회전축에 마련되는 제1기어부;와, 상기 제1회전축에 마련되어 상기 케이블의 제1부분이 밀착되는 제1풀리;를 포함하고,
상기 제2조인트유닛은, 제2회전축;과, 상기 제2회전축에 마련되는 제3기어부;와, 상기 제2회전축에 마련되는 상기 케이블의 제2부분이 밀착되는 제2풀리;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 핸드.
제3항에 있어서,
상기 제1구동유닛은, 제1구동모터;와, 상기 제1구동모터에서 동력을 제공받는 제1구동기어;를 포함하고,
상기 제1구동기어는 상기 제1기어부와 맞물리는 것을 특징으로 하는 로봇 핸드.
제3항에 있어서,
상기 동력전달유닛은 서로 맞물리는 제1연결기어와 제2연결기어;를 포함하고,
상기 제1연결기어는 상기 제1기어부와 맞물리고 상기 제2연결기어는 상기 제3기어부와 맞물리는 것을 특징으로 하는 로봇 핸드.
제4항에 있어서,
상기 제1구동유닛은 상기 제1구동모터에 공급되는 전류를 측정하는 제1센서부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 핸드.
제1항에 있어서,
상기 장력제공부는 정하중 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 핸드.
제1항에 있어서,
상기 제1조인트유닛에 동력을 제공하여 상기 제1링크부재가 상기 프레임에 대하여 상대 운동되도록 하는 제2구동유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 핸드.
제8항에 있어서,
상기 제1조인트유닛은, 제1회전축과, 상기 제1회전축에 마련되는 제2기어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 핸드.
제9항에 있어서,
상기 제2구동유닛은, 제2구동모터;와, 상기 제2구동모터에서 동력을 제공받는 제2구동기어;를 포함하고,
상기 제2구동기어는 상기 제2기어부와 맞물리는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 핸드.
제10항에 있어서,
상기 제2구동유닛은 상기 제2구동모터에 공급되는 전류를 측정하는 제2센서부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 핸드.
프레임;과
상기 프레임에 대해 상대 운동하는 링크부재;와
상기 프레임과 상기 링크부재 사이에 마련되는 조인트유닛;과
상기 조인트유닛에 동력을 제공하여 상기 링크부재를 회동시키는 구동유닛;과
상기 링크부재가 회동함에 따라 상기 프레임과의 상대 위치가 변경되는 경우에도 상기 조인트유닛에 일정한 토크를 제공하는 백래시 제거유닛;을 포함하고,
상기 백래시 제거유닛은,
상기 링크부재에 고정되는 제1단부와 상기 프레임 측에 위치하는 제2단부를 가지는 케이블;과, 상기 케이블의 제2단부에 연결되어 장력을 제공하는 장력제공부;와, 상기 케이블의 적어도 일 부분이 상기 조인트유닛에 밀착되도록 하는 밀착용풀리;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 핸드.
삭제
제12항에 있어서,
상기 조인트유닛은
회전축;과, 상기 회전축에 마련되는 기어부;와, 상기 회전축에 마련되어 상기 케이블의 적어도 일 부분이 밀착되는 풀리;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 핸드.
제14항에 있어서,
상기 구동유닛은 구동모터;와, 상기 구동모터에서 동력을 제공받는 구동기어;를 포함하고,
상기 구동기어는 상기 기어부와 맞물리는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 핸드.
제15항에 있어서,
상기 구동유닛은 상기 구동모터에 공급되는 전류를 측정하는 센서부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 핸드.
제12항에 있어서,
상기 장력제공부는 정하중 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 핸드.