KR101258965B1 - 링크구조와 와이어 구동기구를 이용한 그리퍼 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 링크구조와 와이어 구동기구를 이용한 그리퍼에 관한 것으로, 하나의 구동와이어를 통해 그리퍼를 제어할 수 있도록 하여 그리퍼를 단순화하고 그리퍼 제어의 정확성 및 신뢰성을 높이기 위한 것이다. 본 발명에 따른 그리퍼는 제1작동자, 제2작동자, 제1캡스턴, 제2캡스턴, 회전축, 구동와이어, 제1링크부재, 제2링크부재 및 손목부재를 포함한다. 제1작동자 및 제2작동자는 열림과 닫힘을 통해 그립작용을 한다. 제1캡스턴 및 제2캡스턴은 제1 및 제2작동자에 각각 연결되어 회전운동에 의해 제1 및 제2작동자의 열림과 닫힘을 조절한다. 회전축은 제1 및 제2캡스턴의 중심에 위치하여 제1 및 제2캡스턴을 연결한다. 구동와이어는 제1캡스턴에 연결되어 인장력을 통해 제1캡스턴의 회전운동을 조절한다. 제1링크부재 및 제2링크부재는 한쪽 단부가 제1 및 제2캡스턴에 각각 연결핀으로 연결되고 나머지 단부가 서로 중첩되게 링크핀에 의해 연결된다. 그리고 손목부재는 회전축에 의해 제1 및 제2캡스턴에 연결되고, 링크핀에 대응하는 위치에 링크핀이 삽입될 수 있는 선형 가이드 슬롯이 형성되어 있다.

Description

링크구조와 와이어 구동기구를 이용한 그리퍼{Gripper using the Link-Structure and the Wire Drive-Mechanism}
본 발명은 로봇용 그리퍼에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 로봇기술, 특히 수술로봇기술에 있어서 와이어 구동에 의한 그리퍼의 제어과정을 단순화하고 그리퍼 개폐정도를 용이하게 측정하여 정확성 및 신뢰성을 높일 수 있는 링크구조와 와이어 구동기구를 이용한 그리퍼에 관한 것이다.
기존의 와이어 구동기구를 이용한 그리퍼는 그립작업을 수행하는 복수개의 작동자마다 각각 별도의 구동와이어에 연결되도록 설계되어 있다. 이와 같은 기존의 와이어 구동기구를 이용한 그리퍼는 그리퍼의 제어를 위해 복수개의 구동와이어를 필요로 하므로 그리퍼의 구조가 복잡하게 된다. 그리고 그리퍼의 구조가 복잡한 만큼 구동와이어를 이용해 그리퍼를 제어하는 과정 역시 복잡해져 그 정확성과 신뢰성이 떨어질 수 있다. 또한 그리퍼 제어의 정확성 및 신뢰성 확보를 위해서는 그리퍼 개폐정도의 측정이 요구되나, 기존의 와이어 구동기구를 이용한 그리퍼는 이러한 측정을 위해 외부로 노출된 별도의 측정부재를 이용하여야 그 측정이 가능하므로 그리퍼의 단순화 및 소형화가 어려워질 수 있다.
따라서 본 발명의 목적은 와이어 구동기구를 이용한 그리퍼에 있어서, 하나의 구동와이어를 통해 그리퍼를 제어할 수 있도록 하여 그리퍼를 단순화하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은 그리퍼의 단순화를 통해 그리퍼 제어의 정확성 및 신뢰성을 높이는 것에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 그리퍼 자체에서 그리퍼의 개폐정도를 직접 측정할 수 있도록 하여 그리퍼 제어의 정확성 및 신뢰성을 높이는 것에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 그리퍼의 외부로 노출되지 않은 부분에서 그리퍼의 개폐정도를 직접 측정할 수 있도록 하여 그리퍼를 소형화하는 것에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 링크구조와 와이어 구동기구를 이용한 그리퍼를 제공한다. 이 때 상기 그리퍼는 제1작동자, 제2작동자, 제1캡스턴, 제2캡스턴, 회전축, 구동와이어, 제1링크부재, 제2링크부재 및 손목부재를 포함한다. 상기 제1작동자 및 상기 제2작동자는 열림과 닫힘을 통해 그립작용을 한다. 상기 제1캡스턴 및 상기 제2캡스턴은 상기 제1 및 제2작동자에 각각 연결되어 회전운동에 의해 상기 제1 및 제2작동자의 열림과 닫힘을 조절한다. 상기 회전축은 상기 제1 및 제2캡스턴의 중심에 위치하여 상기 제1 및 제2캡스턴을 연결한다. 상기 구동와이어는 상기 제1캡스턴에 연결되어 인장력을 통해 상기 제1캡스턴의 회전운동을 조절한다. 상기 제1링크부재 및 상기 제2링크부재는 한쪽 단부가 상기 제1 및 제2캡스턴에 각각 연결핀으로 연결되고 나머지 단부가 서로 중첩되게 링크핀에 의해 연결된다. 상기 손목부재는 상기 회전축에 의해 제1 및 제2캡스턴에 연결되고, 상기 링크핀에 대응하는 위치에 상기 링크핀이 삽입될 수 있는 선형 가이드 슬롯이 형성되어 있다.
본 발명에 따른 상기 그리퍼에 있어서, 상기 제1작동자는 판 형태로 일측면의 하부에 상기 제1캡스턴이 일체로 형성되고, 상기 제2작동자는 판 형태로 상기 제1캡스턴이 형성된 면과 마주보는 면에 서로 어긋나게 상기 제2캡스턴이 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 상기 그리퍼에 있어서, 상기 손목부재는 축설치부 및 몸체부를 포함할 수 있다. 상기 축설치부는 상기 제1 및 제2캡스턴과 함께 상기 회전축에 결합한다. 상기 몸체부는 상기 제1 및 제2링크부재의 제1삽입구멍이 중심단부에 형성되고 상기 구동와이어의 제2삽입구멍이 외곽단부에 형성되며 상기 링크핀에 대응하는 위치에 상기 제1삽입구멍과 연결되어 있어 상기 링크핀이 삽입될 수 있는 선형 가이드 슬롯이 형성된다.
본 발명에 따른 상기 그리퍼는 상기 구동와이어의 양끝단에 연결되어 상기 구동와이어에 인장력을 가하는 구동기를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 상기 그리퍼는 상기 제1캡스턴에 상기 구동와이어를 고정시키는 고정부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 상기 그리퍼는 상기 손목부재의 내부에 장착되어 상기 선형 가이드 슬롯에서의 상기 링크핀의 위치를 측정하는 위치측정부재를 더 포함할 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 상기 그리퍼는 상기 제1 및 제2링크부재의 연결핀 회전반경의 크기가 서로 다를 수 있다.
본 발명은 링크부재를 이용하여 하나의 구동와이어만으로 그리퍼의 개폐를 제어할 수 있는 바, 그리퍼를 단순화할 수 있고 그에 따라 그리퍼 제어의 정확성 및 신뢰성을 높일 수 있다.
또한 그리퍼 자체에서 링크부재에 연결된 링크핀의 위치를 측정하는 것을 통해 그리퍼의 개폐정도를 측정할 수 있는 바, 그리퍼 제어의 정확성 및 신뢰성을 높일 수 있다.
또한 그리퍼의 외부로 노출되지 않은 링크부재에 연결된 링크핀의 위치를 측정함으로써 그리퍼의 개폐정도를 측정할 수 있는 바, 그리퍼를 소형화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 그리퍼를 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1의 그리퍼를 보여주는 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 그리퍼의 링크구조를 보여주는 정면도이다.
도 4는 도 1의 제1캡스턴에 구동와이어가 고정된 상태를 보여주는 단면도이다.
도 5는 도 1의 그리퍼의 링크핀 위치측정부재를 보여주는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 그리퍼를 보여주는 정면도이다.
이하 상기한 목적 달성을 위한 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 하기의 설명에서는 본 발명의 실시예에 따른 동작을 이해하는 데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩뜨리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 그리퍼를 보여주는 사시도이다. 도 2는 도 1의 그리퍼를 보여주는 분해 사시도이다. 도 3은 도 1의 그리퍼의 링크구조를 보여주는 정면도이다. 도 4는 도 1의 제1캡스턴에 구동와이어가 고정된 상태를 보여주는 단면도이다. 도 5는 도 1의 그리퍼의 링크핀 위치측정부재를 보여주는 단면도이다. 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 그리퍼를 보여주는 정면도이다.
본 발명에 따른 그리퍼(100)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1작동자(11), 제2작동자(12), 제1캡스턴(21), 제2캡스턴(22), 회전축(30), 구동와이어(40), 제1링크부재(51), 제2링크부재(52) 및 손목부재(60)를 포함하고, 구동기(70), 고정부재(80) 및 위치측정부재(90)를 더 포함할 수 있다.
제1작동자(11) 및 제2작동자(12)는 열림과 닫힘을 통해 그립작용을 한다.
제1캡스턴(21) 및 제2캡스턴(22)은 제1작동자(11) 및 제2작동자(12)에 각각 연결되어 회전운동에 의해 제1작동자(11) 및 제2작동자(12)의 열림과 닫힘을 조절한다. 여기서 제1작동자(11)는 판 형태로 일측면의 하부에 제1캡스턴(21)이 일체로 형성되고, 제2작동자(12)는 판 형태로 제1캡스턴(21)이 형성된 면과 마주보는 면에 서로 어긋나게 제2캡스턴(22)이 형성될 수 있다. 이로 인해 도 1에 도시된 바와 같이, 제1작동자(11)가 연결된 제1캡스턴(21)과 제2작동자(12)가 연결된 제2캡스턴(22)이 서로 마주보게 결합되어 한 쌍으로 그립작용을 할 수 있다. 이 경우에 제1캡스턴(21)과 제2캡스턴(22)이 결합되는 면에 제1링크부재(51) 및 제2링크부재(52)의 연결을 위한 공간이 확보되는 것이 바람직하다.
회전축(30)은 제1캡스턴(21) 및 제2캡스턴(22)의 중심에 위치하여 제1캡스턴(21) 및 제2캡스턴(22)을 연결한다. 이로 인해 제1캡스턴(21) 및 제2캡스턴(22) 각각의 회전운동이 가능하다.
구동와이어(40)는 제1캡스턴(21)에 연결되어 인장력을 통해 제1캡스턴(21)의 회전운동을 조절한다. 이 경우에 구동와이어(40)는 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제1캡스턴(21)의 돌출부(41)에 한바퀴 이상 감겨 연결될 수 있다. 여기서 제1캡스턴(21)의 돌출부(41)는 구동와이어(40)의 폭 이상 돌출되고, 돌출부(41)의 끝단에 구동와이어(40)의 이탈을 방지하기 위한 스토퍼(42)를 포함할 수 있다.
제1링크부재(51) 및 제2링크부재(52)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 한 쪽 단부가 제1캡스턴(21) 및 제2캡스턴(22)에 각각 연결핀(53)으로 연결되고 나머지 단부가 서로 중첩되게 링크핀(54)에 의해 연결된다. 이로 인해 하나의 구동와이어(40)만으로 제1캡스턴(21)을 회전시키는 경우, 제1링크부재(51) 및 제2링크부재(52)에 의해 제2캡스턴(22)도 함께 회전시킬 수 있다. 그리하여 그리퍼(100)의 구조를 단순화할 수 있고 그리퍼(100)의 정확성 및 신뢰성을 높일 수 있다. 이 경우에 제1링크부재(51) 및 제2링크부재(52)는 제1캡스턴(21) 및 제2캡스턴(22)이 서로 마주보는 면에 각각 연결되는 것이 바람직하다. 그리고 제1링크부재(51) 및 제2링크부재(52)는 연결핀(53) 및 링크핀(54)에 의해 회전이 구속되지 않는 자유단인 것이 바람직하다.
손목부재(60)는 회전축(30)에 의해 제1캡스턴(21) 및 제2캡스턴(22)에 연결되고, 링크핀(54)에 대응하는 위치에 링크핀(54)이 삽입될 수 있는 선형 가이드 슬롯(63)이 형성된다. 여기서 손목부재(60)는 축설치부(61) 및 몸체부(62)를 포함할 수 있다. 축설치부(61)는 제1캡스턴(21) 및 제2캡스턴(22)과 함께 회전축(30)에 결합한다. 몸체부(62)는 제1링크부재(51) 및 제2링크부재(52)의 제1삽입구멍(64)이 중심단부에 형성되고 구동와이어(40)의 제2삽입구멍(65)이 외곽단부에 형성되며, 링크핀(54)에 대응하는 위치에 제1삽입구멍(64)과 연결되어 있어 링크핀(54)이 삽입될 수 있는 선형 가이드 슬롯(63)이 형성된다. 이로 인해 구동와이어(40)와 제1링크부재(51) 및 제2링크부재(52)간의 간섭을 방지할 수 있다.
구동기(70)는 구동와이어(40)의 양끝단에 연결되어 구동와이어(40)에 인장력을 가한다. 이로 인해 구동와이어(40)에 정교하게 제어되는 구동기(70)를 통해 인장력을 가할 수 있어 그리퍼(100)의 정확성 및 신뢰성을 높일 수 있다. 이 경우에 구동기(70)는 구동모터 등을 포함한 동력을 발생시킬 수 있는 일반적인 구동장치를 일컫는다.
고정부재(80)는 도 4에 도시된 바와 같이, 제1캡스턴(21)에 구동와이어(40)를 고정시킨다. 이로 인해 제1캡스턴(21)과 구동와이어(40)간의 슬립을 방지할 수 있어 그리퍼(100)의 정확성 및 신뢰성을 높일 수 있다. 이 경우에 고정부재(80)는 고정용 볼트 또는 접착제 등을 포함한 구동와이어(40)의 고정에 사용할 수 있는 일반적인 고정장치를 일컫는다.
위치측정부재(90)는 도 5에 도시된 바와 같이, 손목부재(60)의 내부에 장착되어 선형 가이드 슬롯(63)에서의 링크핀(54)의 위치를 측정한다. 이로 인해 그리퍼(100) 자체에서 링크핀(54)의 위치를 측정하는 것을 통해 그리퍼(100)의 개폐정도를 측정할 수 있는 바, 그리퍼(100) 제어의 정확성 및 신뢰성을 높일 수 있다. 그리고 그리퍼(100)의 외부로 노출되지 않은 링크핀(54)의 위치를 측정함으로써 그리퍼(100)의 개폐정도를 측정할 수 있는 바, 그리퍼(100)를 소형화할 수 있다. 이 경우에 위치측정부재(90)는 리니어 포텐쇼미터 또는 IR거리센서 또는 프록시미터 또는 광학식 엔코더 등을 포함한 선형 위치 측정에 사용할 수 있는 일반적인 위치측정장치를 일컫는다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 그리퍼(200)는 도 6에 도시된 바와 같이, 제1링크부재(51) 및 제2링크부재(52)의 연결핀(53) 회전반경의 크기가 서로 다를 수 있다. 이로 인해 제1캡스턴(21)의 회전각에 따른 제2캡스턴(22)의 회전각을 서로 달리할 수 있다. 그리하여 제1작동자(11)와 제2작동자(12)의 열림과 닫힘을 비대칭적으로 제어할 수 있다.
전술한 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 허브형 밸브 구조에 대해 설명하였으나, 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
11 : 제1작동자
12 : 제2작동자
21 : 제1캡스턴
22 : 제2캡스턴
30 : 회전축
40 : 구동와이어
41 : 돌출부
42 : 스토퍼
51 : 제1링크부재
52 : 제2링크부재
53 : 연결핀
54 : 링크핀
60 : 손목부재
61 : 축설치부
62 : 몸체부
63 : 선형 가이드 슬롯
64 : 제1삽입구멍
65 : 제2삽입구멍
70 : 구동기
80 : 고정부재
90 : 위치측정부재
100, 200 : 그리퍼

Claims (7)

  1. 열림과 닫힘을 통해 그립작용을 하는 제1작동자 및 제2작동자;
    상기 제1 및 제2작동자에 각각 연결되어 회전운동에 의해 상기 제1 및 제2작동자의 열림과 닫힘을 조절하는 제1캡스턴 및 제2캡스턴;
    상기 제1 및 제2캡스턴의 중심에 위치하여 상기 제1 및 제2캡스턴을 연결하는 회전축;
    상기 제1캡스턴에 연결되어 인장력을 통해 상기 제1캡스턴의 회전운동을 조절하는 구동와이어;
    한쪽 단부가 상기 제1 및 제2캡스턴에 각각 연결핀으로 연결되고 나머지 단부가 서로 중첩되게 링크핀에 의해 연결되는 제1링크부재 및 제2링크부재;
    상기 회전축에 의해 제1 및 제2캡스턴에 연결되고, 상기 링크핀에 대응하는 위치에 상기 링크핀이 삽입될 수 있는 선형 가이드 슬롯이 형성되어 있는 손목부재;
    를 포함하고,
    상기 손목부재는
    상기 제1 및 제2캡스턴과 함께 상기 회전축에 결합하는 축설치부;
    상기 제1 및 제2링크부재의 제1삽입구멍이 중심단부에 형성되고 상기 구동와이어의 제2삽입구멍이 외곽단부에 형성되며, 상기 링크핀에 대응하는 위치에 상기 제1삽입구멍과 연결되어 있어 상기 링크핀이 삽입될 수 있는 선형 가이드 슬롯이 형성되는 몸체부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 그리퍼.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1작동자는 판 형태로 일측면의 하부에 상기 제1캡스턴이 일체로 형성되고,
    상기 제2작동자는 판 형태로 상기 제1캡스턴이 형성된 면과 마주보는 면에 서로 어긋나게 상기 제2캡스턴이 형성되는 것을 특징으로 하는 그리퍼.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 구동와이어의 양끝단에 연결되어 상기 구동와이어에 인장력을 가하는 구동기;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 그리퍼
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1캡스턴에 상기 구동와이어를 고정시키는 고정부재;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 그리퍼.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 손목부재의 내부에 장착되어 상기 선형 가이드 슬롯에서의 상기 링크핀의 위치를 측정하는 위치측정부재;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 그리퍼.
  7. 제1항, 제2항, 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2링크부재의 연결핀 회전반경의 크기가 서로 다른 것을 특징으로 하는 그리퍼.
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