KR101019948B1 - 흡입식 그리퍼 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압축공기를 이용하는 흡입식 그리퍼 장치에 관한 것이다. 본 장치는 비접촉식 흡입장치 및 접촉식 흡입장치를 동시에 이용하여 구현된다. 구체적으로는, 압축공기 공급홀이 형성된 블록 바디를 매개로 하여 그 저면 중앙부분에 비접촉식 흡입수단이 배치되고 그의 양측 또는 주변에 접촉식 흡입수단이 배치되어 이루어진다. 본 발명은 이러한 배치 구조에 의하여, 대상물을 양측에서 견고하게 파지하는 동시에 중앙부분의 휘어짐이나 처짐을 방지하므로, 대상물의 파지 및 이송이 원활하게 이루어질 수 있는 효과가 있다. 또한 대상물의 중앙부분은 흡입수단이 접촉하지 않아 패드의 접촉에 의한 오염이 발생하지 않으므로, 고도의 표면 정밀도를 유지하여야 하는 작업에 유리하게 적용될 수 있는 효과가 있다.

Description

흡입식 그리퍼 장치 {Suction-type of gripper device}

본 발명은 물품의 이송을 위하여 사용되는 그리퍼 장치에 관한 것으로 특히, 고속의 압축공기를 이용하여 일정한 공간에 부압을 발생시키고 그 발생된 부압으로 물품을 파지하는 흡입식 그리퍼 장치에 관한 것이다.

일반적으로 그리퍼 장치는 대상물을 이송하는 시스템에 적용되어, 대상물을 파지하는데 사용되는 장치이다. 대체로 이 그리퍼 장치는 자동제어를 이용하는 핑거식 장치와 압축공기를 이용하는 흡입식 장치로 구분된다. 그리고 상기 흡입식 그리퍼 장치는 다시 두 종류로 구분된다.

그 중의 하나가 소위 '진공패드' 또는 '진공컵'이라고 하는 접촉식 장치이다. 이 장치는 대상물의 표면에 접촉한 패드의 내부공기를, 압축공기가 통과하는 진공펌프로 유인하는 방법으로 배출시킴으로써 상기 패드의 내부에 부압을 발생시키고, 그 발생된 부압으로 대상물을 파지하는 것이다.

다른 하나는 베르누이(Bernoulli) 효과를 직접적으로 이용하는 비접촉식 장치이다. 이 장치는 그 저면에 대면한 대상물 간의 공기를, 장치의 저면 가장자리를 빠져나가는 압축공기의 흐름에 합류하도록 유도하는 방법으로 배출시킴으로써 상기 저면과 대상물 간의 공간에 부압을 발생시키고, 그 발생된 부압으로 대상물을 파지하는 것이다.

전자의 장치는 크고 견고한 힘으로 대상물을 파지하므로, 작업의 안정성 측면에서 유리하다고 할 수 있다. 반면에 후자의 장치는 대상물과 접촉하지 않으므로 오염에 민감한 대상물의 보전성 측면에서 유리하다고 할 수 있다. 따라서 각 장치들은 고유의 장점을 필요로 하는 작업에서 선택적으로 이용될 수 있다.

실제로 각 장치들은 여러 산업현장에서 유용하게 적용되고 있지만, 이들 각자는 대상물의 형태에 따라 어느 것도 선택될 수 없는 경우가 있다. 예컨대 도 1의 대상물(P)은 매우 얇고 휘어지기 쉬운 성질의 플레이트이며, 여기에는 다수의 천공(1)이 규칙적으로 배열되어 있다. 그런데 상기한 접촉식 장치 또는 비접촉식 장치로는 천공(1)으로 인하여, 대상물(P)의 파지를 위하여 필요한 정도의 부압을 발생시킬 수가 없다.

만약에 천공(1)이 없는 가장자리 부분(2)을 골라 어떤 흡입식 장치를 사용한다고 하더라도, 재료의 특성상 대상물(P)의 휨이나 처짐이 발생하여 결과적으로는 원하는 이송 작업을 수행할 수가 없게 된다.

본 발명의 목적은 도 1에 예시된 것과 같이 휨이나 처짐이 발생하기 쉬운 대상물의 파지 및 이송에 적합하게 이용될 수 있는 흡입식 그리퍼 장치를 제공하고자 하는 것이다. 또한 본 발명의 목적은 특히 내측 부분에 고도의 표면 정밀도를 유지하여야 하는 플레이트의 파지 및 이송에 적합하게 이용될 수 있는 흡입식 그리퍼 장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명자는 흡입식 그리퍼 장치를 구현함에 있어서 비접촉식 흡입장치 및 접촉식 흡입장치를 동시에 이용하되, 장치를 구성하는 각 요소들의 특별한 배열 및 연결 매카니즘을 통하여 상기한 목적이 달성될 수 있음을 인식하고 본 발명을 완성하게 된 것이다.

본 발명의 흡입식 그리퍼 장치는:

일측면에 형성된 압축공기 공급홀과, 저면에 형성되어 상기 공급홀로 연결된 연장홀 및 내부에 형성되어 상기 공급홀과 연통하게 되는 진공챔버를 포함하는 블록 바디;

일단 유입구와 타단 배출구 및 양단 사이에 직렬로 배열된 노즐을 포함하며, 유입구가 상기 공급홀과 연결되도록 설치되고, 측벽에 형성된 흡입공을 통하여 상기 진공챔버와 소통하게 되는 진공펌프;

축방향 유입홀이 형성된 본체와 상기 유입홀의 하부에 제공되는 측방향 확산 가이드를 포함하며, 상기 바디의 저면 중앙부분에 배치되고, 유입홀이 상기 연장홀에 연결되도록 체결되는 비접촉식 제1흡입수단;

컨넥터와 유연 접촉패드를 포함하며, 상기 바디의 저면에 제1흡입장치를 사이에 두고 양측에 선형으로 배치되고, 접촉패드의 내부공간이 상기 진공챔버에 연통하도록 체결되는 접촉식 제2흡입수단;

을 포함하여 이루어진다.

상기 제2흡입수단의 선형은 직선형, 곡선형 또는 원호형을 모두 포함한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 제2흡입수단은 복수로 구비되어 상기한 형태에서 선택된 선형으로 배열된 것이다. 물론, 이때의 각 접촉패드의 내부공간은 상기 진공챔버에 연통한다.

본 발명의 상기 그리퍼 장치는, 블록 바디를 매개로 하여 그 저면 중앙부분에 비접촉식 흡입수단이 배치되고 그의 양측 또는 주변에 접촉식 흡입수단이 배치되어 이루어진다. 이러한 배치 구조에 의하여, 본 발명에 따르면:

대상물을 양측에서 견고하게 파지하는 동시에 중앙부분의 휘어짐이나 처짐을 방지하므로, 파지 및 이송이 원활하게 이루어질 수 있는 효과가 있으며;

또한 대상물의 중앙부분은 흡입수단이 접촉하지 않아 패드의 접촉에 의한 오염이 발생하지 않으므로, 고도의 표면 정밀도를 유지하여야 하는 작업에 유리하게 적용될 수 있는 효과가 있다.

도 1은 작업 대상물의 형태를 예시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 그리퍼 장치의 외형도.
도 3은 도 2의 분해도.
도 4는 도 2의 A-A선 단면도.
도 5는 도 2의 B-B선 단면도.

이상 기재된 본 발명의 특징과 효과들은, 이하에서 첨부도면을 참조하여 설명하는 실시예 기재를 통하여 더욱 명백해질 것이다. 도 2 이하의 도면에서 부호 100은 본 발명의 실시예에 따른 그리퍼 장치를 나타낸다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 그리퍼 장치는 장치의 기반을 제공하는 블록 바디(10)와, 상기 블록 바디(10)의 특정한 위치에 유기적으로 배열 및 장착되는 진공펌프(20), 비접촉 방식의 제1흡입수단(30), 접촉 방식의 제2흡입수단(40)을 포함하여 이루어진다.

상기 블록 바디(10)는 일측면에 형성된 압축공기 공급홀(11)과, 반대쪽 타측면에 형성되어 상기 공급홀(11)과 연결된 장착홀(12), 저면에 형성되어 상기 공급홀(11)로 연결된 연장홀(13)을 갖는다. 그리고 상기 바디(10)의 내부, 장착홀(도 4의 부호 '12')의 하부에는 장착홀(12)과 연통하도록 된 장방향 진공챔버(도 4의 부호 '14')가 형성되어 있다.

상기 장착홀(12)은 진공펌프(20)를 바디(10)에 일체화할 경우의 설치 편의를 위하여 구성이며, 본 발명에서 반드시 필요한 것은 아니다. 한편, 도면에서와 같이 상기 진공챔버(14)는 별도로 구비되어 블록 바디(10) 하부에 결합되는 하우징에 의하여 형성되지만, 다른 실시예에서는 바디(10)의 하부를 직접 가공함으로써 형성될 수 있다.

한편 본 실시예에서 상기 연장홀(13)은 두 개가 일렬로 형성되며, 상기 장착홀(12)은 두 개가 연장홀(13)을 사이에 두고 양측에 서로 평행하게 형성된다. 또한 상기 공급홀(11)은 각 장착홀(12) 및 일련의 연장홀(13)에 대응하여, 세 개가 형성된다. 다만, 본 발명이 이들(11,12,13)의 개수나 위치에 한정되지는 않는다.

예컨대 공급홀(11)을 바디(10)의 내부에서 다수 분기시켜 각 장착홀(12) 및 연장홀(13)에 대응하도록 설계할 수 있으며, 이런 실시예에서 상기 공급홀(11)은 당연히 하나일 것이다. 또한 상기 장착홀(12)은 진공펌프(20)를 위한 구성으로서, 굳이 두 개일 필요는 없으며 필요에 따라 하나 또는 세 개로 설계될 수도 있다. 제1흡입수단(30)을 위한 구성인 연장홀(13)도 마찬가지이다.

상기 진공펌프(20)는 일단 유입구(21)와 타단 배출구(22) 및 양단(21,22) 사이에 직렬로 배열된 노즐(23a,23b,23c)을 포함하는 원통형 펌프이며, 측벽에는 외부와 소통을 가능하게 하는 흡입공(24)이 형성된다. 그리고 각 흡입공(24)에는 공기의 역류를 방지하는 플랩 밸브가 장착되어 있다. 참고로, 부호 25는 상기 배출구(25) 측에 결합되는 사일렌서이다.

이 진공펌프(20)는 고속으로 공급되는 압축공기를 이용하여 외부 포위공간 또는 특정공간을 흡입 및 배기(排氣)함으로써 진공을 형성하는 장치로서, 본 발명에서 특별한 것은 아니다. 또한 본 발명에서 그 특정한 형태에 한정되는 것도 아니며, 같은 기능을 하는 진공펌프를 모두 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이 진공펌프(20)는 유입구(21)가 상기 공급홀(11)과 연결되도록 설치되고, 측벽에 형성된 흡입공(24)을 통하여 상기 바디(10)의 진공챔버(14)와 소통하게 되어 있다. 본 실시예에서 상기 유입구(21)는 공급홀(11)에, 상기 흡입공(24)은 진공챔버(14)에 직접 연결되어 있다.

보다 구체적으로, 이 진공펌프(20)는 상기 바디(10)의 장착홀(12)에 끼워져 장착되면서 그 유입구(21)가 공급홀(11)에 연결되며, 이때 상기 진공펌프(20)의 내부는 측벽에 형성된 흡입공(24)을 통하여 상기 바디(10)의 진공챔버(14)와 소통 가능하게 된다. 다른 실시예에서 이러한 연결 관계는 별도의 파이프 라인을 통하여 이루어질 수도 있다.

상기 제1흡입수단(30)은 축방향 유입홀(32)이 형성된 본체(31)와 상기 유입홀(32)의 하부에 형성되어 압축공기의 흐름을 측방향으로 확산시키는 가이드(33)를 포함하는 비접촉식 흡입장치로서, 이것 또한 본 발명에서 특별한 것은 아니다. 이 제1흡입수단(30)은 상기 바디(10)의 저면 중앙부분에 배치되며, 유입홀(32)이 상기 바디(10)의 연장홀(13)에 연결되도록 체결된다.

도면에서 상기 가이드(33)는 본체(31)와 별도로 구비되어 그 하부에 결합된 것을 도시하였으나, 설계에 따라서는 상기 본체(31)의 축방향 유입홀(32)로부터 측방향으로 연장되는 홀 형태의 가이드일 수도 있다.

상기 제2흡입수단(40)은 컨넥터(41)와 유연 접촉패드(42)를 포함하는 소위 진공컵 또는 진공패드인 접촉식 흡입장치이다. 제2흡입수단(40)은 상기 바디(10)의 저면에 제1흡입수단(30)을 사이에 두고 양측에 선형으로 배치되며, 접촉패드(42)의 내부공간(도 4의 부호 '43')이 상기 바디(10)의 진공챔버(14)에 연통하도록 체결된다. 여기에서 '선형'이라 함은 직선형, 곡선형 또는 원호형 등을 모두 포함하며, 극단적으로는 상기 제2흡입수단(40) 전체로써 제1흡입수단(30)을 둘러싼 형태 예컨대 사각형 또는 원형 등의 형태를 더 포함하는 개념으로 이해되어야 한다.

본 실시예에서 상기 제2흡입수단(40)은 다수 구비되어 상기한 형태에서 선택된 직선형으로 배열된 것이다. 물론, 이때 각 접촉패드(42)의 내부공간(43)은 상기 바디(10)의 진공챔버(14)에 연통한다. 다른 실시예에서 상기 제2흡입수단(40)은 선형의 형태를 가진 단일의 흡입수단으로 설계될 수도 있을 것이다.

대상물을 파지하기 위하여, 각 공급홀(11)에 고속의 압축공기가 공급된다. 이 압축공기에 의하여 상기 제1흡입수단(30) 및 제2흡입수단(40)이 동작하며, 이에 따라 본 발명의 그리퍼 장치(100)가 대상물을 파지할 수 있게 되는 것이다. 편의상 상기 제2흡입수단(40)이 동작하는 것을 먼저 설명한다.

도 4를 참조하면, 고속으로 공급된 압축공기는 진공펌프(20)의 유입구(21)-노즐(23a,23b,23c)-배출구(22)를 차례로 통과하여 외부로 배출되며, 이 과정에서 포위공간인 진공챔버(14)가 흡입공(24) 및 진공펌프(20)를 통하여 배기되면서 진공이 형성된다.

이 상태로 되면 상기 제2흡입수단(40)이 동작하는데, 대상물(P)의 표면에 접촉한 상기 접촉패드(42)의 내부공간(43)이 진공챔버(14)-흡입공(24)-진공펌프(20)를 통하여 배기되면서, 내부공간(43)에 부압(負壓)이 발생한다. 이 발생된 부압으로서, 그리퍼 장치(100)는 대상물(P)을 파지할 수 있는 것이다. 참고로, 여기의 대상물(P)은 도 1에 예시된 것과 같은 것이다.

또한 도 5를 참조하면, 고속으로 공급된 압축공기에 의하여 상기 제1흡입수단(30)이 동작하는데, 축방향 유입홀(32)로 유입된 압축공기는 본체(31)의 하부에 제공된 가이드(33)에 의해 측방향으로 확산되고, 본체(31)의 저면 가장자리(34)를 통과하여 배출된다. 이 과정에서 본체(31)의 저면 가장자리(34)에 압력강하 및 진공이 발생한다.

이 상태로 되면 상기 제1흡입수단(30)이 동작하는데, 상기 제1흡입수단(30)의 저면과 이에 근접한 대상물(P) 간의 공간이 압축공기의 흐름에 따라 배기되면서, 그 공간에 부압(負壓)이 발생한다. 이 발생된 부압으로서, 대상물(P)을 파지할 수 있는 것이다. 상기 제1흡입수단(30)과 대상물(P)은, 본체(31)의 저면 가장자리(34)를 계속하여 통과하는 압축공기에 의하여 서로 일정한 간격을 유지하게 되는 소위 비접촉 관계에 있다.

본 실시예에서 상기 제1흡입수단(30)은 대상물(P)의 천공 부분으로 인하여 제2흡입수단(40)에 비해 흡입력이 약할 수 있으나, 기능적으로는 대상물(P)의 중앙부분의 처침을 방지할 수 있는 정도로 족하다. 따라서 제1흡입수단(30)의 흡입력이 상대적으로 약한 것은 아무런 문제가 되지 않는다.

이상에서는 제1흡입수단(30) 및 제2흡입수단(40)의 동작을 따로 설명하였지만, 본 발명의 그리퍼 장치(100)가 가동되면 양 흡입수단(30,40)은 실제로 동시에 동작한다. 그리하여 상기 그리퍼 장치(100)는 대상물(P)의 양측 가장자리 부분과 중앙부분을 흡입하는 방법으로 대상물(P)을 파지하게 된다.

따라서 상기 그리퍼 장치(100)를 이용한 파지가 견고하고 안정적으로 이루어질 수 있으며, 이송시에 대상물(P)의 어떤 부분에서도 휨이나 처짐이 발생하지 않는다. 또한 대상물(P)의 중앙부분은 흡입수단이 접촉하지 않아 패드의 접촉에 의한 오염이 발생하지 않는다.

100. 그리퍼 장치
10. 블록 바디 11. 공급홀
12. 장착홀 13. 연장홀
14. 진공챔버 20. 진공펌프
21. 유입구 22. 배출구
30. 제1흡입수단 31. 본체
32. 유입홀 33. 가이드
40. 제2흡입수단 41. 컨넥터
42. 접촉패드
P. 대상물

Claims (7)

1. 일측면에 형성된 압축공기 공급홀과, 저면에 형성되어 상기 공급홀로 연결된 연장홀, 내부에 형성되는 진공챔버를 포함하는 블록 바디;
   일단 유입구와 타단 배출구 및 양단 사이에 직렬로 배열된 노즐을 포함하며, 유입구가 상기 공급홀과 연결되도록 설치되고, 측벽에 형성된 흡입공을 통하여 상기 진공챔버와 소통하게 되는 진공펌프;
   축방향 유입홀이 형성된 본체와 상기 유입홀의 하부에 제공되는 측방향 확산 가이드를 포함하며, 상기 바디의 저면 중앙부분에 배치되고, 유입홀이 상기 연장홀에 연결되도록 체결되는 비접촉식 제1흡입수단;
   컨넥터와 유연 접촉패드를 포함하며, 상기 바디의 저면에 제1흡입장치를 사이에 두고 양측에 선형으로 배치되고, 접촉패드의 내부공간이 상기 진공챔버에 연통하도록 체결되는 접촉식 제2흡입수단;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 흡입식 그리퍼 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 블록 바디는 타측면에 형성되어 공급홀과 연통하는 장착홀을 포함하여, 상기 장착홀과 진공챔버가 서로 연통하며;
   상기 진공펌프는 유입구가 상기 장착홀에 끼워져 공급홀과 연결되는 것;
   을 특징으로 하는 흡입식 그리퍼 장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 공급홀은 하나 또는 그 이상으로 형성되어 상기 블록 바디를 통하여 장착홀 및 연장홀에 대응하도록 설계된 것을 특징으로 하는 흡입식 그리퍼 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 진공챔버는 별도로 구비되어 블록 바디 하부에 결합되는 케이싱에 의하여 형성되거나 또는 블록 바디의 하부를 가공하여 형성된 것을 특징으로 하는 흡입식 그리퍼 장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 제2흡입수단은 단일의 선형 수단이거나 또는 복수로 구비되어 선형으로 배열되는 것을 특징으로 하는 흡입식 그리퍼 장치.
   
6. 제1항 또는 제5항에 있어서,
   상기 선형은 직선형, 곡선형, 원호형 중의 하나인 것을 특징으로 하는 흡입식 그리퍼 장치.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 선형은 제2흡입수단 전체로써 제1흡입수단을 둘러싸는 형태를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 흡입식 그리퍼 장치.

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