KR101404422B1

KR101404422B1 - 로봇 암에 부착가능한, 재구성가능한 엔드 이펙터

Info

Publication number: KR101404422B1
Application number: KR1020120046547A
Authority: KR
Inventors: 유틴 린; 앤드류 엘. 바토스; 롤란드 제이. 메나사; 현식 신; 신호 강; 용현 주; 기범 김; 상율 주
Original assignee: 지엠 글로벌 테크놀러지 오퍼레이션스 엘엘씨
Priority date: 2011-05-04
Filing date: 2012-05-02
Publication date: 2014-06-10
Also published as: US20120280527A1; KR20120125171A; CN102765094A; DE102012207191A1; US8857877B2; DE102012207191B4; CN102765094B

Abstract

로봇 암에 부착가능한, 재구성가능한 엔드 이펙터(end-effector)는, 마스터 붐(master boom); 제 1 분기부 조립체(first branch assembly)와, 제 2 분기부 조립체(first branch assembly); 및 듀얼 관절 메커니즘(dual articulation mechanism)을 구비한다. 상기 듀얼 관절 메커니즘은, 상기 제 1 분기부 조립체에 부착되며, 상기 제 2 분기부 조립체에 관하여 상기 제 1 분기부 조립체를 관절 연결하도록 구성된 제 1 클러치를 구비한다. 상기 듀얼 관절 메커니즘은, 상기 마스터 붐, 상기 제 2 분기부 조립체 및 상기 제 1 클러치에 부착되며, 상기 마스터 붐에 관하여 상기 제 1 및 제 2 분기부 조립체를 동시에 관절 연결하도록 구성된 제 2 클러치를 더 구비한다. 상기 제 1 및 제 2 분기부 조립체 각각은 복수의 툴 모듈을 지지하는 분기부에 연결되는 팔다리(limbs)를 갖는다. 각각의 툴 모듈은 워크피스와 상호작용하도록 구성가능한 엔드 요소(end element)를 구비한다.

Description

로봇 암에 부착가능한, 재구성가능한 엔드 이펙터{A RECONFIGURABLE END-EFFECTOR ATTACHABLE TO A ROBOTIC ARM}

본 개시내용은 로봇 암에 사용되는 엔드 이펙터에 관한 것이다.

본란에서는 본 기재내용에 관한 배경 기술만을 제공하며, 종래기술을 구성하지 않을 수 있다.

로봇 장치에 부착되는 공지된 엔드 이펙터는 제조 공정 동안에 워크피스를 조작하는데 사용된다. 엔드 이펙터를 갖는 로봇 장치를 적용하면, 재료 취급, 제조, 패키징 및 시험을 할 수 있다. 엔드 이펙터는 워크피스를 파지하고, 워크피스를 새로운 위치로 이송하며, 워크피스를 배향 및 해제하는 툴 모듈을 구비한다. 바람직하게, 엔드 이펙터는 여러 가지 디자인의 워크피스에 사용되게 하도록 조정가능하며, 이는 툴 모듈의 조정을 포함한다. 툴 모듈의 위치 및 배향을 수동으로 조정함으로써 여러 가지 디자인의 워크피스에 사용되는 엔드 이펙터를 조정하는 것이 공지되어 있다. 수동 조정식 툴 모듈은 시간 소모적인 것으로 알려져 있고 에러가 발생하기 쉬울 수 있다.

엔드 이펙터에 의해 취급되는 공지된 워크피스는 3차원 형태로 형성되며 경사 및 높이의 큰 변화를 갖는 부품 또는 시트 금속 패널을 구비한다. 워크피스 자체에 부합하는 툴 모듈을 위한 과도하게 큰 높이 연장 및 스위블 각도(swivel angle)를 갖는 엔드 이펙터를 설계하는 것이 비현실적일 수 있다.

엔드 이펙터는 마스터 붐 및 어댑터를 갖는 로봇 암에 연결되어, 스탬핑 기계 및 그와 관련된 다이 등의 관련된 처리 스테이션 내외로 워크피스를 이동시킬 수 있다. 직선형 붐을 갖는 평탄형 엔드 이펙터 프레임은, 기계 작업공간에서의 제한사항, 예컨대 다이 개방 치수 및 3차원 다이 형상으로 인해 워크피스의 운동 동안에 다이 및 기계 프레임과 간섭할 수 있다.

엔드 이펙터는 진공 컵, 기계식 그립퍼, 또는 툴 모듈의 단부 상에 장착된 다른 워크피스 인터페이스 툴을 작동 및 비작동시키기 위해 진공, 압축 공기, 유압 유체 및 전기의 형태로 동력을 일으키도록 툴 모듈 각각에 도관을 수용 및 전송하는 드레스 패키지(dress packages)를 구비한다. 공지된 드레스 패키지는 엔드 이펙터의 프레임 상에 타이 랩(tie-wrap) 또는 이와는 달리 부착된다. 엔드 이펙터 상의 툴 모듈의 변경 또는 재구성에는, 이와 같은 변경에 영향을 주도록 타이 랩을 해제하는 것이 요구된다. 엔드 이펙터 상에 장착된 툴 모듈을 위한 달리 공지된 드레스 패키지는 파지 구성요소의 조정 또는 운동에 대한 몇 가지의 이완으로 느슨하게 보유된 호스를 구비한다. 툴 모듈 중 하나의 광범위한 운동을 허용하도록 설계된 호스 및 파워 케이블은 다른 호스 및 파워 케이블과 엉켜서 간섭될 수 있다. 드레스 패키지와 관련된 문제점에는, 엔드 이펙터 및 툴 모듈에 대한 설정 융통성, 작동 동안의 엔드 이펙터의 간섭받지 않는 이동성, 워크피스를 위한 재구성 동안의 기계 설정시간 및 장비의 수명 동안의 유지보수성을 허용한다는 점이다.

로봇 암에 부착가능한, 재구성가능한 엔드 이펙터(end-effector)는, 마스터 붐(master boom); 제 1 분기부 조립체(first branch assembly)와, 제 2 분기부 조립체(first branch assembly); 및 듀얼 관절 메커니즘(dual articulation mechanism)을 구비한다. 상기 듀얼 관절 메커니즘은, 상기 제 1 분기부 조립체에 부착되며, 상기 제 2 분기부 조립체에 관하여 상기 제 1 분기부 조립체를 관절 연결하도록 구성된 제 1 클러치를 구비한다. 상기 듀얼 관절 메커니즘은, 상기 마스터 붐, 상기 제 2 분기부 조립체 및 상기 제 1 클러치에 부착되며, 상기 마스터 붐에 관하여 상기 제 1 및 제 2 분기부 조립체를 동시에 관절 연결하도록 구성된 제 2 클러치를 더 구비한다. 상기 제 1 분기부 조립체는 복수의 툴 모듈을 지지하는 분기부에 연결되는 팔다리(limbs)를 갖고, 상기 제 2 분기부 조립체는 복수의 툴 모듈을 지지하는 분기부에 연결되는 가이드 레일(guide rails)을 갖는다. 각각의 툴 모듈은 워크피스와 상호작용하도록 구성가능한 엔드 요소(end element)를 구비한다.

첨부한 도면을 참조하여, 예로서 하나 이상의 실시예를 기술한다.

도 1 및 도 2는 본 개시내용에 따른 복수의 구성가능한 툴 모듈을 구비한, 재구성가능한 엔드 이펙터의 일부에 대한 3차원 도면,
도 3은 본 개시내용에 따른 재구성가능한 엔드 이펙터의 다른 실시예에 대한 3차원 도면,
도 4는 본 개시내용에 따른 재구성가능한 엔드 이펙터의 또 다른 실시예의 일부에 대한 3차원 도면,
도 5는 본 개시내용에 따른 재구성가능한 엔드 이펙터의 또 다른 실시예에 대한 3차원 도면,
도 6은 본 개시내용에 따른 예시적인 엔드 이펙터의 재구성을 용이하게 하는 설정에 대한 셋업 스탠드(setup stand)를 도시한 도면.

도면은 특정의 예시적인 실시예를 도시할 목적인 것으로서, 이를 제한할 의도의 것이 아니며, 도 1 및 도 2는 복수의 구성가능한 툴 모듈(50)을 구비한, 재구성가능한 엔드 이펙터(10)에 대한 3차원 도면이며, 각각의 툴 모듈(50)에는 엔드 요소(52)가 회전가능하게 부착된다. 바람직하게, 엔드 이펙터(10)는 관절 연결형 로봇 암 또는 또 다른 재료 취급 장치의 자유 단부에 부착한다. 일 실시예에서, 로봇 암은 베이스에 고정되며, 공간 내에서 엔드 이펙터(10)를 선형으로 그리고 회전식으로 평행이동하게 작동하는 프로그램가능한 장치를 구비한다. x-축(92), y-축(94) 및 z-축(96)을 구비한 x-y-z 기준 좌표계(90)를 참조하여 기술된 공간 좌표계는, 엔드 이펙터(10) 및 그에 부착된 툴 모듈(50)을 위한 위치 기준을 제공한다. 바람직하게, 엔드 이펙터(10)는 x-y-z 기준 좌표계(90)에 관해 툴 모듈(50) 각각의 위치를 규정하는 바람직한 구성으로 기계식 조정된다.

재구성가능한 엔드 이펙터(10)는 공칭 전방 위치(도시함)에 위치된 제 1 분기부 조립체(70)와, 공칭 후방 위치(도시함)에 위치된 제 2 분기부 조립체(80)를 구비한다. 제 1 및 제 2 분기부 조립체(70, 80) 각각은, 하나 또는 복수의 툴 모듈(50)을 구조적으로 지지한다. 바람직하게, 제 1 및 제 2 분기부 조립체(70, 80)는 스파이더-프레임 구성으로 배치된다. 스파이더-프레임 구성은 툴 모듈(50)을 위한 구조적 지지를 제공하는 하나 이상의 분기부를 갖는 팔다리(limb)를 구비하며, 상기 분기부는 캔틸레버 방식으로 팔다리 요소에 부착된다. 본원에 기술된 바와 같이, 제 1 및 제 2 분기부 조립체(70, 80)는 이동가능하며, 볼록 구성, 오목 구성 또는 평탄 구성 중 어느 하나로 배치되어, 툴 모듈(50) 각각의 엔드 요소(52)가 워크피스에 부착되어 상호작용하게 한다. 마찬가지로, 관절 연결식 로봇 암은 재구성가능한 엔드 이펙터(10)를 채용하여, 툴 모듈(50)의 특정 작동 계획에 따라서 워크피스를 물리적으로 이동시키거나 또는 워크피스 상에서의 동작을 수행할 수 있다.

엔드 이펙터(10)는 제 1 및 제 2 분기부 조립체(70, 80)를 관절 연결하도록 마스터 붐(12) 및 듀얼 관절 메커니즘(20)을 구비한다. 듀얼 관절 메커니즘(20)은 제 1 입력 레버(32)를 이용하여 관절 연결되는 제 1 로터리 클러치 메커니즘(30)과, 제 2 입력 레버(42)를 이용하여 관절 연결되는 제 2 로터리 클러치 메커니즘(40)을 구비한다. 마스터 붐(12)의 종방향 중앙선은 x-y-z 기준 좌표계(90)의 x-축(92)을 형성한다.

제 1 분기부 조립체(70)는 제 1 로터리 클러치 메커니즘(30)에 부착한다. 제 1 분기부 조립체(70)는 반대방향, 바람직하게 종축에 직교하는 방향으로 마스터 붐(12)으로부터 돌출하는 한 쌍의 팔다리(72)를 구비한다. 바람직하게, 팔다리(72)의 종방향 돌출부는 x-y-z 기준 좌표계(90)의 y-축(94)을 형성한다. z-축(96)은 x-축(92) 및 y-축(94)에 의해 형성된 평면에 수직하게 형성된다. 하나 또는 복수의 전방 분기부(75)는 바람직하게 직교하게 팔다리(72)로부터 돌출한다. 전방 분기부(75)는 팔다리(72)의 회전과 함께 회전하도록 구성된다. 바람직하게, 한 쌍의 팔다리(72)는 제 1 로터리 클러치 메커니즘(30)을 통해 서로 협력하여 회전하도록 연결된다.

제 2 분기부 조립체(80)는 제 2 로터리 클러치 메커니즘(40)에 부착한다. 제 2 분기부 조립체(80)는 반대방향, 바람직하게 종축에 직교하며 제 1 분기부 조립체(70)의 팔다리(72)에 평행한 방향으로 마스터 붐(12)으로부터 돌출하는 한 쌍의 가이드 레일(82)을 구비한다. 하나 또는 복수의 후방 분기부(85)는, 바람직하게 직교하게 팔다리(72)에 부착하여, 가이드 레일(82) 내의 빔 요소(84)들 사이에 형성된 슬롯(83)을 통해 돌출한다. 후방 분기부(85)는 가이드 레일(82)의 회전과 함께 회전하도록 구성된다. 바람직하게, 가이드 레일(82)은 제 2 로터리 클러치 메커니즘(40)을 통해 서로 협력하여 회전하도록 연결된다. 전방 분기부(75) 및 후방 분기부(85)는 적절한 재료로 제조되며, 하나 또는 복수의 종방향 스플라인을 구비한다. 전방 분기부(75) 및 후방 분기부(85) 각각은, 그 상에 미끄럼 가능하게 장착된 하나 이상의 툴 모듈(50)을 갖는다. 제 1 로터리 클러치 메커니즘(30)의 원위의 팔다리(72) 각각은, 엔드 브래킷(46)을 이용하여 제 2 로터리 클러치 메커니즘(40)의 원위의 한 쌍의 가이드 레일(82)의 대응하는 단부에 결합한다. 바람직하게, 엔드 브래킷(46)은 한 쌍의 가이드 레일(82)의 단부에 유체식으로 연결되며, 팔다리(72)의 단부에 회전가능하게 연결되므로, 팔다리(72)가 엔드 브래킷(46) 내에서 회전하게 한다.

각각의 툴 모듈(50)은 전방 및 후방 분기부(75, 85) 중 하나 상에서 미끄럼 가능하게 장착하며, 각각의 분기부(75, 85)의 종축 둘레의 회전을 방지하도록 종방향 스플라인과 상호작용하는 선형/로터리 로킹 메커니즘(73) 상에 장착된다. 선형/로터리 로킹 메커니즘(73)은 언로킹 시에 각각의 분기부(75, 85) 상에서 평행이동하며, 로킹 시에 각각의 분기부(75, 85)의 길이를 따라 바람직한 위치에 툴 모듈(50)을 보유하도록 구성된다. 각각의 선형/로터리 로킹 메커니즘(73)은 바람직하게 공압 작동식이고, 바람직하게 언로킹될 때까지 로킹 위치에 유지하도록 구성되며, 압축 공기가 주입될 때 언로킹될 수 있다. 그 대신에, 선형/로터리 로킹 메커니즘(73)은 기계식으로 작동 및 비작동될 수 있다. 각각의 툴 모듈(50)은 상이한 워크피스와 상호작용하도록 툴 모듈(50)이 바람직한 위치에서 재구성되게 하는 스윙-암 조립체를 구비한다.

바람직하게, 각각의 툴 모듈(50)은 5가지의 운동 자유도(5-d.o.f.)를 가지며, x-축 위치, y-축 위치, z-축 위치, x-y-z 좌표계(90)의 z-축 둘레의 회전 각도 Ψ 97, 및 각각의 툴 모듈(50)에 대한 엔드 요소(52)의 위치를 형성하는 스위블 각도 α 95에 관해 형성된 적절한 위치에 구성가능하다.

도 2는 마스터 붐(12)과, 제 1 및 제 2 로터리 클러치 메커니즘(30, 40)을 갖는 듀얼 관절 메커니즘(20)을 구비한, 재구성가능한 엔드 이펙터(10)의 일부를 도시하며, 상기 제 1 및 제 2 로터리 클러치 메커니즘(30, 40)은 각각의 팔다리(72), 및 그에 부착된 가이드 레일(82)을 갖는다. 바람직하게, 제 1 및 제 2 로터리 클러치 메커니즘(30, 40)은 로킹에 영향을 주도록 웨징(wedging) 또는 또 다른 적절한 메커니즘을 채용하는 로킹가능한 양방향 장치이다.

제 2 양방향 로터리 클러치(40)는 마스터 붐(12)의 일단부에 고정식으로 부착되며, 로봇 암에 결합하는 마스터 붐(12)의 일단부로부터 원위에 있는 제 2 하우징(41)을 구비한다.

제 2 양방향 로터리 클러치(40)는, 제 2 하우징(41)의 양단부 상에서 연장되며 제 2 입력 레버(42)에 결합되는 이동가능한 출력 샤프트(43)를 갖는 제 2 하우징(41) 내에 봉입된 양방향 클러칭 메커니즘을 구비한다. 2개의 가이드 레일 브래킷(44)은 제 2 양방향 로터리 클러치(40)의 출력 샤프트(43)에 결합되어, 가이드 레일 브래킷(44) 각각으로부터 연장되는 가이드 레일(82) 및 제 2 양방향 로터리 클러치(40)의 출력 샤프트(43)의 회전과 함께 회전한다.

제 1 양방향 로터리 클러치(30)는, 제 1 하우징(31)의 양단부 상에서 연장되며 제 1 입력 레버(32)를 이용하여 회전가능한, 이동가능한 출력 샤프트(33)를 갖는 제 1 하우징(31) 내에 봉입된 제 1 양방향 클러칭 메커니즘을 구비한다. 로터리 클러치(30)의 제 1 하우징(31)은 제 2 클러치(40)의 출력 샤프트(43)에 결합되어, 제 2 클러치(40)의 출력 샤프트(43)의 회전과 함께 회전하는 2개의 가이드 레일 브래킷(44)에 견고하게 연결된다. 출력 샤프트(33)는 팔다리(72)에 고정식으로 결합하여, 제 1 입력 레버(32)를 조작함으로써 팔다리(72)를 회전시키도록 구성된다.

제 1 레버(32)를 회전시키면, 전방 분기부(75)를 구비하는 팔다리(72)를 회전시킴으로써 제 1 분기부 조립체(70)만을 회전시킨다. 이에 따라, 제 1 클러치(30)는 제 2 분기부 조립체(80)에 관해 제 1 분기부 조립체(70)를 관절 연결하도록 이용가능하다. 제 1 로터리 클러치 메커니즘(30)은 회전 위치를 고정하여, 제 2 분기부 조립체(80)에 대해 제 1 분기부 조립체(70)를 소정 위치에 보유하도록 작용한다.

제 2 입력 레버(42)를 회전시키면, 2개의 가이드 레일 브래킷(44) 및 가이드 레일(82)을 회전시키고, 또한 팔다리(72)를 갖는 제 1 로터리 클러치(30) 및 전방 분기부(75)를 회전시키는 제 2 클러치(40)의 출력 샤프트(43)를 회전시킴으로써 붐(12)에 대해 제 1 및 제 2 분기부 조립체(70, 80)를 동시에 회전시킨다. 이에 따라, 제 2 클러치(40)는 마스터 붐(12)에 대해 제 1 및 제 2 분기부 조립체(70, 80)를 관절 연결하도록 이용가능하다. 제 2 로터리 클러치 메커니즘(40)은 회전 위치를 고정하여, 마스터 붐(12)에 대해 제 1 및 제 2 분기부 조립체(70, 80)를 소정 위치에 보유하도록 작용한다.

제 1 및 제 2 입력 레버(32, 42)는, 재구성가능한 엔드 이펙터(10)의 제 1 및 제 2 조립체(70, 80)를 관절 연결하도록 독립적으로 이동됨으로써, 볼록, 오목 또는 평탄 구성 중 하나를 포함하는 바람직한 구성을 성취할 수 있다. 제 1 및 제 2 입력 레버(32, 42)가 공칭 중립 위치에 위치되면, 재구성가능한 엔드 이펙터(10)의 제 1 및 제 2 조립체(70, 80)는 실질적으로 평탄한 프로파일을 갖는 워크피스에 사용될 수 있다. 제 2 입력 레버(42)가 제 1 방향, 예컨대 반시계방향으로 회전되고, 제 1 입력 레버(32)가 제 2 방향, 예컨대 시계방향으로 회전되면, 재구성가능한 엔드 이펙터(10)는 볼록 프로파일을 갖는 워크피스에 사용될 수 있다.

제 2 입력 레버(42)가 중립 위치에 보유되고, 제 1 입력 레버(32)가 반시계방향으로 회전되면, 재구성가능한 엔드 이펙터(10)는 오목 프로파일을 갖는 워크피스에 사용될 수 있다. 제 1 입력 레버(42)를 제 2 방향, 예컨대 시계방향으로 회전시키면, 마스터 붐(12)과 워크피스 사이의 인터페이스를 회피하도록 제한된다.

도시한 바와 같이, 전방 분기부(75) 각각은 팔다리(72) 상에 장착될 때 대응하는 후방 분기부(85)와 쌍을 이루며, 전방 분기부(75, 85)의 각 쌍은 선형 로킹 메커니즘(76)이 언로킹될 때 각각의 팔다리(72)의 길이를 따라 평행이동하도록 구성된다. 전방 분기부(75)는 선형 로킹 메커니즘(76) 상에 장착된다. 선형 로킹 메커니즘(76)은 각각의 팔다리(72)의 길이를 따라 전방 분기부(75)의 매끄러운 위치설정을 보장하도록 볼 스플라인 베어링 또는 캐리어를 구비한다. 바람직하게, 팔다리(72)는 볼 스플라인 샤프트이다. 선형 로킹 메커니즘(76)은 각각의 팔다리(72)의 스플라인 샤프트 상에서 전방 분기부(75)를 선형으로 그리고 회전식으로 고정하도록 구성됨으로써, 팔다리(72)를 따라 하중 도는 측방향 운동 하에서의 회전을 방지한다. 선형 로킹 메커니즘(76)은 바람직하게 공압 작동식이고, 바람직하게 언로킹될 때까지 로킹 위치에 유지하도록 구성되며, 래칭 니플(latching nipple)(79)을 통해 압축 공기가 주입될 때 바람직하게 언로킹될 수 있다.

각각의 후방 분기부(85)는 선형 로킹 메커니즘(76)과 결합하는 2개의 엔드플레이트(78)를 갖는 요크(77) 상에 장착한다. 요크(77)는 선형 로킹 메커니즘(76)과 협력하여 각각의 팔다리(72)의 스플라인 샤프트를 따라 미끄럼 운동하며, 상기 후방 분기부(85)는 가이드 레일(82) 내의 빔 요소(84)들 사이에 형성된 슬롯(83) 내에서 미끄럼 운동한다. 요크(77)는 각각의 팔다리(72)의 스플라인 샤프트 둘레에서 자유롭게 회전함으로써, 후방 분기부(85)가 대응하는 전방 분기부(75)에 대해 독립적으로 회전하게 한다. 요크(77) 및 그와 관련된 후방 분기부(85)의 회전은, 가이드 레일(82) 내의 빔 요소(84)들 사이에 형성된 슬롯(83)의 회전 위치에 의해 구속되어, 제 2 입력 레버(42)를 이용하여 제 2 로터리 클러치 메커니즘(40)에 의해 제어된다.

일 실시예에서, 가이드 레일(82) 각각은 한 쌍의 평행한 빔 요소(84)를 이용하여 형성된다. 예로서, 빔 요소(84)는 가이드 레일 브래킷(44)에서 근접 단부에 결합되며 엔드 브래킷(46)을 이용하여 말단부에 결합되며, 슬롯(83)을 형성하는 갭으로 이격되는 I-빔일 수 있다. 후방 분기부(85)는 바람직하게 직교하게 팔다리(72)에 부착되며, 슬롯(83)을 통해 돌출한다. 후방 분기부(85)는 가이드 레일(82)의 회전과 함께 회전하도록 구성되어, 바람직하게 제 2 입력 레버(42)를 이용하여 제 2 로터리 클러치 메커니즘(40)의 회전을 통해 서로 협력하여 회전하도록 연결된다. 가이드 레일(82)은 후방 분기부(85)에 구조적 지지를 제공한다.

도 3은 마스터 붐(12)과, 제 1 및 제 2 로터리 클러치 메커니즘(30, 40)을 갖는 듀얼 관절 메커니즘(20)을 구비하는 재구성가능한 엔드 이펙터(10)의 다른 실시예를 도시한다. 제 1 로터리 클러치 메커니즘(30)은 제 2 로터리 클러치 메커니즘(40)과 마스터 붐(12) 사이에 부착한다. 제 2 로터리 클러치 메커니즘(40)은 제 1 및 제 2 분기부 조립체(70', 80') 양자에 결합된다. 본 실시예에서, 제 1 분기부 조립체(70')는 제 2 로터리 클러치 메커니즘(40)에 부착된 팔다리(72)를 구비하고, 제 2 분기부 조립체(80')는 팔다리(72) 및 제 2 로터리 클러치 메커니즘(40)에 부착된 가이드 레일(82')을 구비한다. 가이드 레일(82')은 제 2 로터리 클러치 메커니즘(40)에 부착되며, 엔드 브래킷(46)들 사이에서 돌출한다.

도 4는 재구성가능한 엔드 이펙터(10)의 또 다른 실시예의 일부를 도시하며, 이는 도 1을 참조하여 도시한 실시예와 유사하다. 본 실시예에서, 전방 분기부(75)는 대응하는 후방 분기부(85)와 쌍을 이루며, 선형 로킹 메커니즘(76)을 이용하여 팔다리(72) 상에 장착된다. 후방 분기부(85)는 선형 로킹 메커니즘(76)과 결합하는 2개의 엔드플레이트(78)를 갖는 요크(77') 상에 장착한다. 요크(77')는 선형 로킹 메커니즘(76)과 협력하여 각각의 팔다리(72)의 스플라인 샤프트를 따라 미끄럼 운동한다. 가이드 레일(82')은, 바람직하게 I-빔인 단일 빔 요소(84)를 이용하여 형성된다. 가이드 레일(82')의 빔 요소(84)는 엔드 브래킷(46)을 이용하여 팔다리(72)에 결합된다. 요크(77')는 빔 요소(84)에 대응하는 리테이닝 슬라이드 플레이트(88) 및 리세스부(87)를 구비한다. 함께 조립되면, 빔 요소(84)는 요크(77')의 리세스부(87) 내에 끼워 맞춰져서, 리테이닝 슬라이드 플레이트(88)에 의해 그 내에 보유된다. 이에 따라, 후방 분기부(85)를 구비하는 요크(77')는 가이드 레일(82')을 이루는 빔 요소(84)를 따라 미끄럼 운동한다. 요크(77')는 각각의 팔다리(72)의 스플라인 샤프트 둘레에서 자유롭게 회전함으로써, 후방 분기부(85)가 대응하는 전방 분기부(75)에 대해 독립적으로 회전하게 한다. 요크(77') 및 그와 관련된 후방 분기부(85)의 회전은, 가이드 레일(82')의 회전 위치에 의해 구속되어, 제 2 입력 레버(42)를 이용하여 제 2 로터리 클러치 메커니즘(40)에 의해 제어된다. 전방 및 후방 분기부(75, 85)는 선형 로킹 메커니즘(76)이 언로킹될 때 각각의 팔다리(72)의 길이를 따라 평행이동하도록 구성된다.

도 5는 마스터 붐(512)과, 제 1 및 제 2 분기부 조립체(570, 580) 각각에 결합된 제 1 및 제 2 로터리 클러치 메커니즘(530, 540)을 갖는 듀얼 관절 메커니즘(520)을 구비한, 재구성가능한 엔드 이펙터(510)의 또 다른 실시예를 도시한다. 본 실시예에서, 제 1 분기부 조립체(570)는 한 쌍의 제 1 팔다리(572)에 부착된 제 1 로터리 클러치 메커니즘(530)을 구비하고, 제 2 분기부 조립체(580)는 한 쌍의 제 2 팔다리(574)(이하, "가이드 레일"에 해당함)에 부착된 제 2 로터리 클러치 메커니즘(540)을 구비한다. 엔드 브래킷(546)은 인접한 제 1 및 제 2 팔다리(572, 574)의 말단부와 결합한다. 바람직하게, 팔다리(572, 574)는 볼 스플라인 샤프트이다. 팔다리(572, 574) 각각은 선형 로킹 메커니즘(576)을 이용하여 그 상에 장착되는 하나 이상의 분기부(575)를 구비한다. 각각의 분기부(575)는 다른 분기부(575)와는 무관하게 이동되도록 구성된다. 본 실시예의 다른 요소들은 도 1을 참조하여 도시한 것과 유사하다.

도 6은 예시적인 엔드 이펙터(10)의 재구성을 용이하게 하는 셋업 스탠드(200)를 도시한다. 셋업 스탠드(200)는 수직방향 암(210)을 조립하는 베이스(202)를 구비한다. 바람직하게, 베이스는 하부 로케이터 브래킷(206)을 갖는 선회가능한 플레이트(204)를 구비한다. 일 실시예에서, 수직방향 암(210)은 상부 로케이터 브래킷(208)을 구비한다. 수평방향 암(220)은 수직방향 암(210)에 부착된다. 수평방향 암(220)은 공압 작동식 클램핑 메커니즘을 구비한 한 쌍의 U-브래킷(222, 224)을 구비한다. U-브래킷(222, 224)은 엔드 이펙터(10)의 마스터 붐(12)을 수용하도록 구성된다.

수평방향 암(220)의 수직방향 높이는 바람직하게 조절가능하고, U-브래킷(222, 224)의 수평방향 위치는 바람직하게 조절가능하여, 셋업 스탠드(200)가 U-브래킷(222, 224)을 가로지르는 수평방향 위치에서 마스터 붐(12)과 함께 놓인 엔드 이펙터(10)를 수용하며, 엔드 이펙터(10)의 엔드 브래킷(46) 중 하나는 하부 로케이터 브래킷(206) 내에 삽입되거나 또는 그와 함께 배향된다.

엔드 이펙터(10)가 셋업 스탠드(200) 상에 위치되어 클램핑되면, 제 1 및 제 2 분기부 조립체(70, 80)는 직립 위치에 있으며, 팔다리(72) 및 가이드 레일(82)은 수직방향 위치에 있고, 전방 및 후방 분기부(75, 85)는 수평방향으로 연장된다.

로봇 암은 x-축 위치, y-축 위치 및 z-축 위치에 관해 규정된 적절한 위치에 툴 모듈(50) 각각을 구성하도록 이용될 수 있다. 바람직하게, x-y-z 좌표계(90)의 z-축 둘레의 회전 각도 Ψ, 및 스위블 각도 α 95는 툴 모듈(50) 각각의 엔드 요소(52) 각각을 워크피스에 부합하게 하도록 자체 조절가능하다. 그 다음, 로봇 암은 재구성가능한 엔드 이펙터(10)의 제 1 및 제 2 조립체(70, 80)를 관절 연결하도록 제 1 및 제 2 입력 레버(32, 42)와 상호작용함으로써, 볼록, 오목 또는 평탄 구성 중 하나를 포함하는 바람직한 구성을 성취할 수 있다.

바람직하게, 툴 모듈(50), 선형 로킹 메커니즘(76) 및 선형/로터리 로킹 메커니즘(73) 각각은, 개별적으로 공압 작동식이다. 이에 따라, 로봇 암에 연결하는 압축 공기를 채용하는 공통 셋업 툴을 이용하여 재구성이 성취될 수 있다.

본 개시내용은 특정의 바람직한 실시예 및 그 변형예를 기술하고 있다. 본 명세서를 읽고 이해할 때 또 다른 변경 및 수정이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 개시내용을 수행하기 위해 고려되는 최선책으로서 개시된 특정 실시예(들)에 제한되는 것이 아니라, 첨부한 특허청구범위의 범위 내에 있는 모든 실시예를 포함하는 것으로 의도된다.

Claims

로봇 암에 부착가능한, 재구성가능한 엔드 이펙터(end-effector)에 있어서,
마스터 붐(master boom);
제 1 분기부 조립체(first branch assembly)와, 제 2 분기부 조립체(first branch assembly); 및
듀얼 관절 메커니즘(dual articulation mechanism)을 포함하며,
상기 듀얼 관절 메커니즘은, 상기 제 1 분기부 조립체에 부착되며, 상기 제 2 분기부 조립체에 관하여 상기 제 1 분기부 조립체를 관절 연결하도록 구성된 제 1 클러치, 및
상기 마스터 붐, 상기 제 2 분기부 조립체 및 상기 제 1 클러치에 부착되며, 상기 마스터 붐에 관하여 상기 제 1 및 제 2 분기부 조립체를 동시에 관절 연결하도록 구성된 제 2 클러치를 포함하며,
상기 제 1 분기부 조립체는 복수의 툴 모듈을 지지하는 분기부에 연결되는 팔다리(limbs)를 갖고, 상기 제 2 분기부 조립체는 복수의 툴 모듈을 지지하는 분기부에 연결되는 가이드 레일(guide rails)을 갖고,
각각의 툴 모듈은 워크피스와 상호작용하도록 구성가능한 엔드 요소(end element)를 구비하는
재구성가능한 엔드 이펙터.
제1항에 있어서,
상기 듀얼 관절 메커니즘은, 볼록 구성, 오목 구성 및 평탄 구성 중 하나에 상기 제 1 및 제 2 분기부 조립체를 관절 연결하도록 구성되는
재구성가능한 엔드 이펙터.
제1항에 있어서,
상기 제 1 분기부 조립체는 툴 모듈을 지지하는 복수의 전방 분기부에 연결된 상기 팔다리를 포함하는 제 1 스파이더-프레임 구성(spider-frame construction)을 포함하고,
상기 제 2 분기부 조립체는 툴 모듈을 지지하는 복수의 후방 분기부에 연결된 상기 가이드 레일을 포함하는 제 2 스파이더-프레임 구성을 포함하는
재구성가능한 엔드 이펙터.
제3항에 있어서,
상기 전방 분기부 각각은 상기 후방 분기부 중 대응하는 하나에 쌍을 이루고,
상기 전방 분기부 각각은, 상기 제 1 분기부 조립체의 대응하는 팔다리 상에서 평행이동하도록 구성된 선형 로킹 메커니즘에 결합되고,
상기 후방 분기부 각각은, 그 대응하는 전방 분기부의 상기 선형 로킹 메커니즘에 결합된 요크에 결합되며,
상기 요크는 대응하는 팔다리 둘레에서 회전하도록 구성되는
재구성가능한 엔드 이펙터.
제1항에 있어서,
각각의 툴 모듈은 x-축 위치, y-축 위치, z-축 위치 및 상기 z-축 둘레의 회전 각도 Ψ에 관해 형성된 위치에 구성가능한
재구성가능한 엔드 이펙터.
제1항에 있어서,
각각의 엔드 요소는, 상기 워크피스에 따르는 스위블 각도(swivel angle) α로, 대응하는 툴 모듈에 회전가능하게 부착되는
재구성가능한 엔드 이펙터.
로봇 암에 부착가능한, 재구성가능한 엔드 이펙터(end-effector)에 있어서,
복수의 제 1 툴 모듈을 지지하는 제 1 분기부 및 팔다리를 구비하는 제 1 분기부 조립체(first branch assembly);
상기 팔다리에 평행하게 배치된 가이드 레일을 구비하는 제 2 분기부 조립체(first branch assembly)로서, 상기 가이드 레일은 복수의 제 2 툴 모듈을 지지하는 제 2 분기부에 연결되는, 상기 제 2 분기부 조립체;
로봇 암에 부착가능하며, 듀얼 관절 메커니즘에 결합되는 마스터 붐(master boom)을 포함하며,
상기 듀얼 관절 메커니즘은 제 1 클러치와 제 2 클러치를 포함하며,
상기 제 2 클러치는 상기 제 1 분기부 조립체에 부착되며, 상기 제 2 분기부 조립체에 관하여 상기 제 1 분기부 조립체를 관절 연결하도록 구성되고,
상기 제 1 클러치는 상기 제 2 클러치에 부착되며, 상기 마스터 붐에 관하여 상기 제 1 및 제 2 분기부 조립체를 관절 연결하도록 구성되는
재구성가능한 엔드 이펙터.
제7항에 있어서,
상기 제 1 분기부 조립체는, 상기 제 1 분기부에 결합되며 상기 팔다리와 함께 회전하여 그 상에서 평행이동하도록 상기 팔다리 상에 배치된 복수의 선형 로킹 메커니즘을 포함하는
재구성가능한 엔드 이펙터.
제8항에 있어서,
상기 제 2 분기부 각각은, 그 대응하는 제 1 분기부의 상기 선형 로킹 메커니즘에 결합된 요크에 결합되며,
상기 요크는 대응하는 팔다리 둘레에서 회전하도록 구성되는
재구성가능한 엔드 이펙터.
제7항에 있어서,
각각의 툴 모듈은 x-축 위치, y-축 위치, z-축 위치 및 상기 z-축 둘레의 회전 각도 Ψ에 관해 형성된 위치를 포함하는
재구성가능한 엔드 이펙터.