KR100665667B1

KR100665667B1 - 형상기억합금 와이어를 이용한 마이크로그립퍼

Info

Publication number: KR100665667B1
Application number: KR1020050088932A
Authority: KR
Inventors: 경진호; 정광조
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2005-09-23
Filing date: 2005-09-23
Publication date: 2007-01-09

Abstract

본 발명은 형상기억합금(Shape Memory Alloy) 와이어를 이용한 마이크로 그립퍼 장치에 관한 것이다.

본 발명의 구성은 좌우 대칭 형상의 몸체(10)와, 상기 몸체(10) 일측 끝단에 구비된 그립퍼(50)와, 상기 몸체(10)의 내측으로 개방된 원형형상인 유연힌지(20)와, 상기 그립퍼(50)의 하부 끝단에 구비된 그립퍼유연힌지(30)와, 상기 그립퍼유연힌지(30)에 고정된 스트레인게이지(40)와, 상기 몸체(10)의 양측에 대칭으로 돌출된 원형의 고정된 고정핀(70)과, 상기 고정핀(70)에 설치되는 와이어(60)를 포함하는 구성이다.

본 발명은 별도의 가공이 필요없는 와이어 형태의 형상기억합금을 이용하여 그리핑 할 수 있고, 마이크로 그립퍼는 기계적 가공이 용이한 재질을 이용하여 간단한 모양으로 제작하였으며, 사용 용도에 맞게 형상기억합금 와이어를 적절히 교체해 줌으로써 유지보수가 용이한 장점이 있다.

마이크로 그립퍼, 형상기억합금 와이어, 스트레인게인지,

Description

형상기억합금 와이어를 이용한 마이크로그립퍼{Shape Memory Alloy of wire for micro gripper}

도 1은 종래의 마이크로 그립퍼 장치에 대한 상세도이고,

도 2는 본 발명에 따른 형상기억합금 와이어를 이용한 마이크로 그립퍼 장치에 대한 전체 구성도이고,

도 3a은 본 발명에 따른 형상기억합금 와이어를 이용한 마이크로 그립퍼 장치 열림 상태도이고,

도 3a은 본 발명에 따른 형상기억합금 와이어를 이용한 마이크로 그립퍼 장치 닫힘 상태도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 >

10 : 몸체 20 : 유연힌지

30 : 그립퍼유연힌지 40 : 스트레인게이지

50 : 그립퍼 60 : 와이어

70 : 고정핀

본 발명은 형상기억합금(Shape Memory Alloy) 와이어를 이용한 마이크로 그립퍼(micro gripper) 장치에 관한 것으로. 더욱 상세하게는 마이크로 그립퍼 (Gripper)의 개폐동작 및 그립핑 힘(Gripping force) 제어가 가능하면서 형상기억합금을 기어 및 선형 액추에이터 형상으로 제작한 것보다 구조 및 형상을 단순화 시킴으로써 제작비용 및 시간을 절감시킬 수 있도록 한 것이다.

종래의 형상기억합금 마이크로 그립퍼 장치는 도 1에 나타낸 바와 같이 물체를 잡기 위한 그립퍼부(50)와 회전운동을 통해 그립퍼의 개폐 동작을 시켜주는 기어부(210)와, 직선운동을 통해 상기 기어부(210)를 구동시키는 선형부(220)와 형상기억합금 그립퍼를 케이스에 고정시키는 고정부(230)와 형상기억합금 마이크로 그립퍼의 직선변위(241) 측정을 통해 그립핑 힘을 계산하기 위한 센서부(240)로 구성되어 있다.

이처럼 종래의 형상기억합금 마이크로 그립퍼는 형상기억합금 자체를 기어 및 선형 액추에이터 형상으로 가공하여 제작하였기 때문에 복잡한 구조와 형상으로 제작에 어려움이 많고 제작비가 과다하게 소요되고, 사용 가능한 그립핑 힘의 범위를 변경하기 위해서는 설계변경을 통한 새로운 마이크로그립퍼의 가공이 필요하며, 고장이 발생하였을 경우 수리가 불가능하고 새로 제작을 해야만 하는 단점이 있다.

상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위하여 본 발명에서는, 액추에이터인 형상기억합금을 그립퍼 형상으로 가공하는 것이 아닌, 크기별로 다양한 와이어 형태의 형상기억합금 와이어 형태의 형상기억합금를 특별한 가공 없이 사용할 수 있도록 함으로써 형상이 단순하고, 유지보수가 가능하며, 형상기억합금 와이어의 교체를 통해 그립핑 힘을 변경 가능하게 함으로써 상황에 따라 능동적으로 사용할 수 있는 마이크로 그립퍼 장치를 제공함에 있는 것이다.

목적을 달성하기 위한 본 발명에서는, 좌우 대칭 형상의 몸체와, 상기 몸체 일측 끝단에 구비된 그립퍼와, 상기 몸체의 내측으로 개방된 원형형상인 유연힌지와, 상기 그립퍼의 하부 끝단에 구비된 그립퍼유연힌지와, 상기 그립퍼유연힌지에 고정된 스트레인게이지와, 상기 몸체의 양측에 대칭으로 돌출된 원형의 고정된 고정핀과, 상기 고정핀에 설치되는 와이어를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징으로서, 상기 스트레인게이지는 상기 그립퍼에 연결된 그립퍼유연힌지 안측으로 서로 대칭으로 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징으로서, 상기 몸체는 스테인리스 재질로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징으로서, 상기 와이어는 형상기억합금을 사용하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부된 도 면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 형상기억합금 와이어를 이용한 마이크로 그립퍼 장치에 대한 전체 구성도이고, 도 3a은 본 발명에 따른 형상기억합금 와이어를 이용한 마이크로 그립퍼 장치 열림 상태도이고, 도 3b는 본 발명에 따른 형상기억합금 와이어를 이용한 마이크로 그립퍼 장치 닫힘 상태도이다.

도 2는 본 발명에 따른 형상기억합금 와이어를 이용한 마이크로 그립퍼 장치에 대한 전체 구성도이다.

몸체(10)는 좌우측이 대칭형상으로 되어 있고, 상기 몸체(10)는 부식이 강하고 탄성력이 우수하며, 가공이 용이한 스테인리스를 사용하였으며 상기 몸체(10) 상측으로 대칭으로 구비되어 형상기억합금으로 제작된 와이어(60)를 설치하기 위한 고정부(70)가 있으며, 상기 몸체(10)의 중간에 있는 유연힌지(20)를 기준으로 회전운동하도록 되어 있다.

상기 유연힌지(20) 부분이 회전운동을 하게 되면 그립퍼(50)의 양쪽 집게부분 사이가 점점 좁아지면서 물체를 잡을 수 있도록 되어 있다.

상기 그립퍼(50)에서 물체를 잡는 순간부터 그립핑 힘이 발생하게 되고, 이 힘은 그립퍼유연힌지(30)에 전달이 되며, 상기 유연힌지(20)의 폭보다 상기 그립퍼유연힌지(30)의 폭을 더 좁게 하여 대부분의 힘이 상기 그립퍼유연힌지(30)에서 흡수되고, 상기 유연힌지(20)에는 전달되지 않도록 하였다.

상기 그립퍼유연힌지(30)에 스트레인게이지(40)를 부착시켜 상기 그립퍼(50)로부터 전달되는 그립핑 힘을 측정하도록 하였다,

스트레인게이지(40)은 상기 그립퍼유연힌지(30) 집게 양쪽에 2개의 센서가 설치되어 그립퍼의 변형량을 측정하며, 측정된 변형량은 현재의 그립핑 힘으로 환산되어, 목표로 하는 그립핑 힘을 발생시키는데 필요한 제어 입력값으로 사용하는데 목적이 있다.

상기 마이크로그립퍼(100)는 동역학적 구조가 기존의 직선운동과 회전운동을 하는 부분으로 이루어진 구조보다 간단하고, 기계가공이 용이한 재질을 이용함으로써 설계 및 제작비용 등을 절감시킬 수 있다.

도 3a은 본 발명에 따른 형상기억합금 와이어를 이용한 마이크로 그립퍼 장치 열림 상태도이고, 도 3b는 본 발명에 따른 형상기억합금 와이어를 이용한 마이크로 그립퍼 장치 닫힘 상태도이다.

도 3a 와 도 3b를 참고하여 본 발명의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

도 3a를 참조하면, 외부로부터 와이어(60)에 전류를 인가하면 와이어(60)가 가열되면서 수축이 되고, 이 수축력에 의해 유연힌지(20) 부분을 기준으로 회전운동이 발생하면서 마이크로그립퍼(100)의 닫힘 동작이 발생한다. 반대로, 도 3b에서 보는 바와 같이 인가된 전류를 차단하면 와이어(60)가 냉각되면서 인장이 되고, 유연힌지(20) 부분의 탄성력에 의해 원래의 위치로 복귀되면서 마이크로그립퍼(100)의 열림동작이 발생된다.

한편, 마이크로그립퍼(100)의 닫힘 동작 중 그립퍼(50)에서 발생된 힘이 전달되면 그립퍼유연힌지(30) 부분에 전달되어 변형이 발생하고, 이 변형을 스트레인 게이지(40)를 이용하여 측정한 후. 이를 발생되는 힘으로 환산한다. 이렇게 계산된 힘은 현재의 그립핑 힘을 확인하는데 이용되고, 또한 그립핑 힘을 제어하기 위한 제어입력으로 사용된다.

상기 그립퍼(50)의 그립퍼유연힌지(30) 안측에 대칭되게 설치되어 있는 스트레인게이지(40)는 그립퍼의 변형량을 측정하며, 측정된 변형량은 현재의 그립핑 힘으로 환산되어, 목표로 하는 그립핑 힘을 발생시키는데 필요한 제어 입력값으로 사용하는데 목적이 있다.

마이크로그립퍼(100)의 그립퍼(50)에서 발생되는 그립핑 힘의 범위를 증가시키고자 할 때는 직경이 더 큰 와이어(60)를 사용하면 가능하게 된다. 단, 와이어(60)의 직경이 증가할수록 발생되는 수축력은 증가되지만, 응답속도는 느려지는 단점이 있다.

또한, 마이크로그립퍼(100) 사용중 와이어(60)의 수명이 다하거나, 과부하로 인해 훼손이 되면 종전의 경우에는 그립퍼(Gripper)를 새로 제작해야만 했지만, 본 발명의 마이크로그립퍼(100) 경우에는 와이어(60)만 새로 구입하여 교체해 주면되는 장점이 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 별도의 가공이 필요없는 와이어 형태의 형상기억합금를 이용하여 그리핑 할 수 있고, 마이크로 그립퍼는 기계적 가공이 용이한 재질을 이용하여 간단한 모양으로 제작하였으며, 사용 용도에 맞게 형상기억합금 와이어를 적절히 교체해 줌으로써 유지보수가 용이한 장점이 있다.

Claims

형상기억합금 와이어를 이용하여 미세한 그립핑(Gripping) 동작이 가능한 마이크로 그립퍼장치에 있어서;

좌우 대칭 형상의 몸체(10)와, 상기 몸체(10) 일측 끝단에 구비된 그립퍼(50)와, 상기 몸체(10)의 내측으로 개방된 원형형상인 유연힌지(20)와, 상기 그립퍼(50)의 하부 끝단에 구비된 그립퍼유연힌지(30)와, 상기 그립퍼유연힌지(30)에 고정된 스트레인게이지(40)와, 상기 몸체(10)의 양측에 대칭으로 돌출된 원형의 고정된 고정핀(70)과, 상기 고정핀(70)에 설치되는 와이어(60)를 포함하는 것을 특징으로 하는 형상기억합금 와이어를 이용한 마이크로 그립퍼장치.
제 1항에 있어서,

상기 스트레인게이지(40)는 상기 그립퍼(50)에 연결된 그립퍼유연힌지(30) 내측에 대칭으로 설치되는 것을 특징으로 하는 형상기억합금 와이어를 이용한 마이크로 그립퍼장치.
제 1항에 있어서,

상기 몸체(10)는 스테인리스 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 형상기억합금 와이어를 이용한 마이크로 그립퍼장치.
제 1항에 있어서,

상기 와이어(60)는 형상기억합금을 사용하는 것을 특징으로 하는 형상기억합금 와이어를 이용한 마이크로 그립퍼장치.