Development of Anthropomorphic Prosthesis Hand H3 and Its Control

Abstract

인간의 손의 크기와 유사하며 5개의 손가락을 가진 Anthropomorphic prosthesis hand H3를 제안하고 있다. 이는 다양한 파지를 위하여 직접 구동 방식과 비활성으로 구동되는 방식에 의해서 구성되어 있으며 인간의 엄지의 움직임을 바탕으로 강한 파지가 가능한 2자유도의 모듈화된 엄지의 MPC관절을 가지고 있다. 이는 기존 연구에서 제시된 적이 없으며 인간 엄지의 모션 중 내전-외전, 전위-후위의 움직임을 생성한다. 이러한 기능은 인간의 엄지에 존재하는 무지굴근과 강한 파지를 할 때 이용하는 무지내전근의 기능을 가지고 있기 때문이다. 이러한 구조는 강한 파지 중 여러 파지가 더 가능하며 누구나 2자유도의 엄지 구조를 쉽게 구성할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 강한 파지와 정교한 파지를 위해서 MCP와 MIP는 입력 동력 장치와 4절 링크로 구성되어 있다. 그리고 중지부터 소지까지는 물체의 형상에 의해서 파지의 형태가 자동적으로 결정지을 수 있도록 비활성 시스템을 이용하고 있다. 이러한 비활성 시스템에 있어서 물체와 접촉 시 접촉 면적을 증가시키고 접촉력을 증가시키기 위해서 입력 링크와 비활성 링크 사이에는 회전 스프링에 의해서 구속이 되어 있다. H3의 DIP는 인장스프링에 의해서 움직임이 생성되도록 되어 있으며 이는 인간의 DIP와 같이 굴근과 신근 작용을 부여할 수 있다. 동역학 모델링을 RecurDyn인으로 구성하여 안정된 파지를 위해서 외부로부터 측정되는 힘을 피드백 받아 강성제어를 하였으며 강한 파지에 해당하는 자세와 정교한 파지에 대한 자세를 제시하여 본 논문에서 제시한 H3의 특징에 대하여 검증을 실행하였다.; This paper proposes H3 which is an anthropomorphic prosthesis hand with 5 fingers and human hand size. It consists of the combination of direct actuated and underactuated system for a dexterous grip. The H3(Hanyang Humanoid hand) also has the modularized 2 DOF of MCP(Metacarpaphalangeal) mechanism in a thumb for power grip is based on human hand motion. The adduction-abduction and antepositon-retroposition movements are generated by this structure of thumb which is not introduced ever before. The functions of human hand which are thenar muscles for stable grip and adductor pollicis for power grip are included. This mechanism has some excellent quality ? a possibility of extension for a variety of power grips and faculty to make 2 DOF of thumb easily. The joint of MCP and MIP(Middle-Interphalangeal) movements are generated by input which is constructed a four bar linkage system for the power grip and precision grip. And it also adopts underactuated system to automatically generate the H3 hand grip posture by the shape of object from long to littler fingers. The input link and underactuated link are constrained by rotational spring which increase the contact area and contact force by object. As the reason of that, it also helps to be possible power grip. The joint of DIP movements in each fingers are generated by extension spring system which give the similar functions of human hand?s extension and flexion. The motions of H3 are simulated with commercial software called RecurDyn. The hand is controlled using stiffness control with force feedback for the stable grip and improved the dexterous grips which are several of power grips and precision grips.