KR101454779B1

KR101454779B1 - Gripper improving backlash and control characteristics

Info

Publication number: KR101454779B1
Application number: KR1020130061816A
Authority: KR
Inventors: 김성균; 김태욱; 오용환
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2013-05-30
Filing date: 2013-05-30
Publication date: 2014-10-27

Abstract

A gripper for gripping an object includes multiple gripping portions moving to be adjacent to or apart from each other; a transfer link portion capable of rotating around a body portion, and moving the gripping portions with respect to the body portion; and a work link portion rotating the transfer link portion around the body portion, wherein the work link portion includes a slider capable of moving in a straight line along a guide rail formed at the body portion; and a crank mechanism moving the slider in a straight line by rotation of an actuator, and the transfer link portion rotates around the body portion by the straight motion of the slider to simultaneously move the gripping portions.

Description

Gripper improving backlash and control characteristics [

본 발명은 그리퍼(gripper)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 로봇 팔 등의 엔드 이펙터(end effector)로 사용되어 물체를 파지할 수 있는 그리퍼에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gripper, and more particularly, to a gripper that can be used as an end effector of a robot arm or the like to grip an object.

로봇 팔 등의 엔드 이팩터로서 파지부(죠; jaw)를 개방 위치에서 폐쇄 위치로 이동시켜 물체를 파지하는 그리퍼(gripper)가 이용되고 있다. 그리퍼는 휴머노이드 로봇의 손 등과는 달리 비교적 단순한 구성과 동작 특성을 가지므로 일반적으로는 산업 환경에서 많이 이용된다. A gripper is used as an end effector of a robot arm or the like for moving a grip jaw from an open position to a closed position to grip an object. Unlike the hands of a humanoid robot, the gripper has relatively simple configuration and operation characteristics and is generally used in industrial environments.

하지만, 로봇이 인간 생활에 보급됨에 따라서, 대인 로봇에도 그리퍼의 이용이 증가하는 추세이다. However, as robots become popular in human life, the use of grippers is also increasing in interpersonal robots.

산업 환경과 달리 인간과 접촉이 잦는 생활 환경에서는 안전성이 우선시되므로, 제어 정밀성이 좋고, 소위 "순응 제어 특성"이 우수하여야 한다. Unlike the industrial environment, safety is a priority in a living environment where people are frequently in contact with each other. Therefore, the control precision is good and the so-called "adaptive control characteristic" should be excellent.

사람 등과 접촉이 잦은 환경에서 그리퍼를 이용하는 경우, 로봇의 오작동 등으로 그리퍼가 예상치 못한 물체를 파지한 경우, 사람이 파지부에 힘을 가하여 억지로 파지부를 벌려 파지된 물체를 빼내야 하는 경우가 있다. When the gripper is used in an environment where frequent contact with people, etc. occurs and the gripper grasps an unexpected object due to a malfunction of the robot or the like, a person may force the gripper to forcibly open the gripper to remove the gripped object.

이와 같이, 파지부가 구동하는 방향(즉, 폐쇄 위치 방향)과 반대 방향으로 강한 힘을 가하면 파지부가 그에 순응하여 쉽게 개방 위치 방향으로 벌어지게 되면, 순응 제어 특성이 우수하다고 한다. As described above, when a strong force is applied in the direction opposite to the direction in which the grip portion is driven (i.e., the closing position direction), when the grip portion easily fits in the direction of the opening position, the adaptive control characteristic is excellent.

종래 기술에 따른 그리퍼에 대한 특허문헌 1은 타이밍 벨트를 이용하여 그리퍼의 죠를 구동시킨다. 타이밍 벨트는 동력 전달 매체로 선형 운동의 방향을 바꾸어줄 수 있는 있으나, 인장력이 작용하면 유의미한 길이 변화가 발생하고 이에 따라 죠가 견고하게 고정되지 못하고 덜컥거리는 소위 "백래쉬(backlesh)"가 발생시키는 원인이 된다. [0003] Patent Literature 1 of the conventional gripper drives a jaw of a gripper using a timing belt. Timing belts can change the direction of linear motion with a power transmission medium, but they can cause a significant length change due to tensile force and thus cause the so-called "backslash " .

이러한 백래쉬는 액츄에이터 동작과 그리퍼의 동작에 오차를 발생시켜 제어 정밀도를 저해시킨다. Such backlash causes errors in the operation of the actuator and the operation of the gripper, thereby deteriorating the control accuracy.

백래쉬를 최소화하기 위해 고안된 그 밖의 다른 종래 기술에 따른 그리퍼들은 액츄에이터이 구동력과 파지부의 힘 관계 해석이 어려워, 파지부의 위치를 설정하는 위치 제어를 통해 동작하는 경우가 일반적이다. 파지부를 위치 제어하는 경우 순응 제어 특성이 크게 떨어지게 된다. Other conventional grippers designed to minimize backlash are generally difficult to analyze force relationship between the driving force and the gripper of the actuator and operate through position control to set the position of the gripper. And the adaptive control characteristic is greatly deteriorated when the position of the gripper is controlled.

대한민국 등록특허 제10-0569031호Korean Patent No. 10-0569031

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 백래쉬 특성과 제어 특성이 크게 개선되어 생활 환경에도 적합하게 이용될 수 있는 그리퍼를 제공하는 것을 목적으로 한다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a gripper which can be suitably used in a living environment by greatly improving backlash characteristics and control characteristics.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 물체를 파지하기 위한 그리퍼는, 서로 근접하거나 이격되도록 이동하는 복수의 파지부와, 몸체부에 대해 선회 운동 가능하며 상기 몸체부에 대해 상기 복수의 파지부를 이동시키는 전달 링크부와, 상기 전달 링크부를 상기 몸체부에 대해 선회 운동시키는 작동 링크부를 포함하고, 상기 작동 링크부는, 상기 몸체부에 형성된 가이드 레일을 따라 직선운동 가능한 슬라이더와, 액츄에이터의 회전에 의해 상기 슬라이더를 직선 운동시키는 크랭크 기구를 포함하고, 상기 전달 링크부는 상기 슬라이더의 직선 운동에 의해 상기 몸체부에 대해 선회 운동하여 상기 복수의 파지부를 동시에 이동시킨다. In order to achieve the above object, a gripper for gripping an object according to the present invention comprises: a gripper which moves close to or away from each other; a gripper which is pivotal relative to the body, Wherein the actuating link portion includes a slider capable of linearly moving along a guide rail formed on the body portion, a slider capable of rotating linearly along the guide rail formed on the body portion, And the transmission link portion is pivotally moved with respect to the body portion by the linear motion of the slider to simultaneously move the plurality of grip portions.

또한, 상기 파지부는 상기 물체와 접촉하는 평평한 파지면을 구비하고, 상기 복수의 파지부는 상기 파지면들이 항상 서로 평행한 상태를 유지하면서 이동할 수도 있다. The gripping portion may have a flat gripping surface in contact with the object, and the gripping portions may move while the gripping surfaces are always parallel to each other.

또한, 상기 크랭크 기구는, 상기 액츄에이터에 의해 회전하는 드럼과, 상기 드럼에 고정되어 상기 드럼에 의해 회전하는 제1 크랭크암과, 양단이 각각 상기 제1 크랭크암과 상기 슬라이더에 대해 회전 가능하게 연결되는 제2 크랭크암을 포함할 수도 있다. The crank mechanism may further include a drum rotated by the actuator, a first crank arm fixed to the drum and rotated by the drum, and a second crank arm fixed to the drum and rotatably connected to the first crank arm and the slider, And a second crank arm that engages the second crank arm.

또한, 상기 전달 링크부는, 양단이 하나의 파지부와 상기 몸체부에 각각 회전 가능하게 연결되어 상기 파지부와 상기 몸체부와 함께 4절 링크 구조를 구성하는 제1 링크암 및 제2 링크암과, 일단이 상기 제1링크암 또는 상기 제2링크암에 고정되고 타단은 상기 슬라이더에 회전 가능하게 연결되어 상기 슬라이더의 직선운동에 따라 그와 연결된 상기 제1링크암 또는 상기 제2링크암을 상기 몸체부에 대해 선회 운동시키는 제3링크암을 포함할 수도 있다. The transmission link unit may include a first link arm and a second link arm both ends of which are rotatably connected to one grip unit and the body unit and form a four-bar link structure together with the grip unit and the body unit, The first link arm or the second link arm being fixed to the first link arm or the second link arm and the other end being rotatably connected to the slider so as to be linearly moved along the slider, And a third link arm pivoting with respect to the body portion.

또한, 상기 액츄에이터와 상기 크랭크 기구의 드럼은 하모닉 드라이브(harmonic drive)에 의해 연결될 수도 있다. In addition, the actuators and the drums of the crank mechanism may be connected by a harmonic drive.

일 실시예에 따르면, 그리퍼는 상기 액츄에이터의 현재 위치 값을 산출하는 엔코더와, 사용자가 입력하는 상기 파지부의 파지력 명령 값을 추종하기 위한 상기 액츄에이터의 현재 위치에 따른 상기 액츄에이터의 토크 명령 값을 그리퍼의 기구학적 관계에 의한 힘 해석을 통해 산출하는 전달 힘 해석기와, 전류 제어를 통해 상기 액츄에이터의 토크를 제어하는 액츄에이터 전류 제어기 및 상기 액츄에이터의 토크 명령 값을 전류로 변환하여 상기 액츄에이터 전류 제어기의 엑츄에이터 전류 명령 값으로 입력하는 액츄에이터 토크-전류 변환기를 포함할 수도 있다. According to an embodiment of the present invention, the gripper includes an encoder for calculating a current position value of the actuator, a torque command value of the actuator according to a current position of the actuator for tracking a gripping force command value of the gripper, And an actuator current controller for controlling a torque of the actuator through a current control, and an actuator current controller for converting a torque command value of the actuator into a current to convert the actuator current of the actuator current controller into a current And an actuator torque-current converter for inputting the command value.

또한, 상기 전달 힘 해석기에서 해석된 힘에서 상기 전달 링크부 및 작동 링크부의 관절에서 작용하는 마찰력을 보상해주는 링크 마찰력 보상기를 더 포함할 수도 있다.The transmission force analyzer may further include a link friction compensator for compensating for a frictional force acting on joints of the transmission link portion and the operating link portion in the force analyzed by the transmission force analyzer.

다른 실시예에 따르면, 그리퍼는 상기 액츄에이터의 현재 위치 값을 산출하는 엔코더와, 사용자가 입력하는 상기 파지부의 위치 명령 값을 역기구학적으로 계산하여 상기 액츄에이터의 위치 명령 값을 산출하는 역기구학 계산기와, 상기 액츄에이터의 위치 명령 값에 따라 상기 액츄에이터의 위치를 제어하는 액츄에이터 위치 제어기를 포함할 수도 있다. According to another embodiment, the gripper includes an encoder for calculating a current position value of the actuator, an inverse kinematics calculator for calculating a position command value of the actuator by inversely calculating a position command value of the gripper unit input by the user, And an actuator position controller for controlling the position of the actuator according to the position command value of the actuator.

또한, 전류 제어를 통해 상기 액츄에이터의 위치를 제어하는 액츄에이터 전류 제어기를 더 포함하고, 상기 위치 제어기는 상기 액츄에이터의 위치 명령 값에 대응하는 상기 액츄에이터의 전류 명령 값을 산출하여 상기 액츄에이터 전류 제어기에 입력할 수도 있다. The actuator controller further includes an actuator current controller for controlling the position of the actuator through current control. The position controller calculates a current command value of the actuator corresponding to the position command value of the actuator and inputs the current command value to the actuator current controller It is possible.

또한, 상기 엑츄에이터의 위치 명령 값은 사용자에 의해 직접 입력될 수 있다. Also, the position command value of the actuator can be directly input by the user.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼의 사시도이다.
도 2는 도 1에서 몸체부의 일부분을 제거한 부분 사시도이다.
도 3은 두 파지부가 최대로 근접한 폐쇄 위치에 있는 도 1의 그리퍼의 정면도이다.
도 4는 두 파지부가 최대로 이격된 개방 위치에 있는 도 1의 그리퍼의 정면도이다.
도 5는 상기 개방 위치와 폐쇄 위치에서의 그리퍼의 동작을 설명하기 위한 개략도이다.
도 6a 및 도 6b는 하모닉 드리이브의 구성과 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 구성을 통해 그리퍼를 제어하는 과정을 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼의 기구학적 구성을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼의 기구학적 힘 관계를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제어 구성을 통해 그리퍼를 제어하는 과정을 도시한 것이다.1 is a perspective view of a gripper according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partial perspective view of the body part of FIG. 1; FIG.
Fig. 3 is a front view of the gripper of Fig. 1 in a closed position with two grip portions maximally close;
Fig. 4 is a front view of the gripper of Fig. 1 with the two grip portions in an open position spaced apart at a maximum.
5 is a schematic view for explaining the operation of the gripper in the open position and the closed position.
6A and 6B are views for explaining the configuration and operation of the harmonic drive.
FIG. 7 illustrates a process of controlling a gripper through a control configuration according to an embodiment of the present invention.
8 is a view showing a mechanical configuration of a gripper according to an embodiment of the present invention.
9 is a view showing a kinematic force relationship of a gripper according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 illustrates a process of controlling a gripper through a control configuration according to another embodiment of the present invention.

이하, 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, it is to be understood that the technical idea of the present invention and its essential structure and operation are not limited by the embodiments.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼(1)의 사시도이고, 도 2는 도 1에서 몸체부(50)의 일부분을 제거한 부분 사시도이다. 도 3은 두 파지부(10)가 최대로 근접한 폐쇄 위치에 있는 도 1의 그리퍼(1)의 정면도이고, 도 4는 두 파지부(10)가 최대로 이격된 개방 위치에 있는 도 1의 그리퍼(1)의 정면도이다. 도 5는 상기 개방 위치와 폐쇄 위치에서의 그리퍼(1)의 동작을 설명하기 위한 개략도이다. FIG. 1 is a perspective view of a gripper 1 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a partial perspective view of a portion of the body portion 50 removed in FIG. Fig. 3 is a front view of the gripper 1 of Fig. 1 in which the two gripper portions 10 are in the closest proximity position, Fig. 4 is a front view of the gripper 1 of Fig. 1 in which the two gripper portions 10 are in the maximally spaced- (1). 5 is a schematic view for explaining the operation of the gripper 1 in the open position and the closed position.

이하, 도 1 내지 5를 참조하여, 본 실시예에 따른 그리퍼(1)의 구성 및 동작에 대해 설명한다. Hereinafter, the configuration and operation of the gripper 1 according to the present embodiment will be described with reference to Figs. 1 to 5. Fig.

그리퍼(1)는 서로 근접하거나 이격되어 개방 위치에서 폐쇄 위치 사이를 이동할 수 있는 복수의 파지부(10)와, 몸체부(50)에 대해 선회 운동 가능하여 몸체부(50)에 대해 파지부(10)를 개방 위치에서 폐쇄 위치로 또는 그 반대로 이동시키는 전달 링크부(20)와, 상기 전달 링크부(20)를 몸체부(50)에 대해 선회 운동시키는 작동 링크부(40) 및, 상기 작동 링크부(40)를 구동시키기 위한 액츄에이터(30)를 포함한다. The gripper 1 includes a plurality of gripping portions 10 which can move between an open position and a closed position in proximity to or spaced from each other and a gripping portion 10 which is pivotally movable with respect to the body portion 50, 10) from an open position to a closed position and vice versa; an operating link portion (40) for pivoting the transfer link portion (20) relative to the body portion (50) And an actuator (30) for driving the link portion (40).

본 실시예에 따르면, 두 개의 파지부(10)가 서로 마주하도록 형성되어 있다. 파지부(10)는 평평한 파지면(103)이 형성된 헤드(101)와, 상기 헤드(101)의 후단부에서 연장되는 넥(neck)(102)으로 구성된다. According to the present embodiment, the two grip portions 10 are formed to face each other. The grip portion 10 is composed of a head 101 formed with a flat holding surface 103 and a neck 102 extending from the rear end of the head 101. [

동일 형상인 두 개의 파지부(10)는 서로 대칭으로 배치되며, 각각의 파지면(103)은 서로 마주보고 평행하게 배치된다. 폐쇄 위치에서 두 파지면(103)은 서로 접촉하게 된다. The two grippers 10 having the same shape are arranged symmetrically with respect to each other, and each of the gripping surfaces 103 is arranged in parallel to face each other. In the closed position, the two holding surfaces 103 come into contact with each other.

두 파지부(10) 사이에 물체를 위치시키고, 파지부(10)를 개방위치에서 폐쇄 위치로 이동시킴으로써, 물체를 파지할 수 있게 된다. 파지력을 증가시키고 파지하는 물체를 보호하기 위해, 파주면(103)은 고무 등과 같이 마찰력을 가진 탄성 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. It is possible to grasp the object by placing the object between the two gripper portions 10 and moving the gripper portion 10 from the open position to the closed position. In order to increase the gripping force and protect the object to be gripped, the fasciocenter surface 103 is preferably made of an elastic material having frictional force such as rubber.

전달 링크부(20)는, 일단은 몸체부(50)에 대해 회전 가능하게 연결되고 타단은 파지부(10)의 넥(102)에 회전 가능하게 연결되는 제1 링크암(201)과 제2 링크암(202)을 포함한다. The transmission link portion 20 includes a first link arm 201 having one end rotatably connected to the body portion 50 and the other end rotatably connected to the neck 102 of the grip portion 10, And a link arm 202.

구체적으로, 제 1 링크암(201)은, 일단이 회전 중심(204)을 기준으로 몸체부(50)에 대해 회전 가능하게 연결되고, 타단은 회전 중심(104)을 기준으로 넥(102)에 대해 회전 가능하게 연결된다. 또한, 제 2 링크암(202)은, 일단이 회전 중심(205)을 기준으로 몸체부(50)에 대해 회전 가능하게 연결되고, 타단은 회전 중심(105)을 기준으로 넥(102)에 대해 회전 가능하게 연결된다. Specifically, the first link arm 201 has one end rotatably connected to the body portion 50 with respect to the rotation center 204, and the other end rotatably connected to the neck 102 with respect to the rotation center 104 Respectively. The second link arm 202 has one end rotatably connected to the body portion 50 with respect to the rotation center 205 and the other end rotatably connected to the neck 102 with respect to the rotation center 105. [ And is rotatably connected.

제1 링크암(201)은 제2 링크암(202)에 비해 몸체부(50)의 중심축을 기준으로 바깥 쪽에 위치하고 있다. The first link arm 201 is located outside the second link arm 202 with respect to the center axis of the body portion 50.

도 3에 가장 잘 도시된 바와 같이, 폐쇄 위치에서 제1 링크암(201)과 제2 링크암(202)은 실질적으로 몸체부(50)의 길이방향으로 배치되며 서로 밀착된다. 도 4에 가장 잘 도시된 바와 같이, 개방 위치에서 제1 링크암(201)과 제2 링크암(202)은 실질적으로 몸체부(50)의 길이방향과 수직하게 배치되며 서로 소정 간격으로 이격된다. 3, in the closed position, the first link arm 201 and the second link arm 202 are disposed substantially in the longitudinal direction of the body portion 50 and are in close contact with each other. 4, in the open position, the first link arm 201 and the second link arm 202 are disposed substantially perpendicular to the longitudinal direction of the body portion 50 and spaced apart from each other by a predetermined distance .

위와 같은 구성에 따르면, 제1 링크암(201), 제2 링크암(202), 몸체부(50) 및 파지부(10)의 넥(102)이 하나의 폐쇄된 루프를 형성하는 4절 링크 구조를 형성하게 된다(도 4). According to the above configuration, the first link arm 201, the second link arm 202, the body portion 50, and the neck 102 of the grip portion 10 form a closed loop. (Fig. 4).

따라서, 예를 들어 제1 링크암(201)을 회전 중심(204)을 기준으로 몸체부(50)에 대해 선회 운동시키면, 제2 링크암(202)도 자연히 회전 중심(205)을 기준으로 몸체부(50)에 대해 선회 운동하게 된다. Therefore, for example, when the first link arm 201 is pivotally moved with respect to the body portion 50 with respect to the rotation center 204, the second link arm 202 naturally also rotates about the rotation center 205, Thereby causing a swing motion with respect to the portion 50.

제1 링크암(201)과 제2 링크암(202)은 그 길이가 서로 동일하다. 따라서, 제1 링크암(201)과 제2 링크암(202)이 선회하면 4절 링크 구조의 구속에 의해 파지부(10)는 그 파지면(103)이 항상 같은 방향을 향한 상태로 움직이게 된다. The lengths of the first link arm 201 and the second link arm 202 are the same. Therefore, when the first link arm 201 and the second link arm 202 are pivoted, the gripping portion 10 moves in a state in which the gripping surface 103 always faces in the same direction .

본 실시예에 따르면, 동일한 구조와 메커니즘을 가지는 제1 링크암(201)과 제2 링크암(202)이 복수의 파지부(10) 각각에 대해 연결된다. 따라서, 복수의 파지부(10)의 파지면(103)들은 항상 서로 평행한 상태를 유지하면서 이동하게 된다. According to the present embodiment, the first link arm 201 and the second link arm 202 having the same structure and mechanism are connected to each of the plurality of grip portions 10, respectively. Therefore, the holding surfaces 103 of the plurality of grippers 10 are always moved in parallel with each other.

이와 같은 구성을 가지는 그리퍼(1)는 표면이 일정한 물체를 파지하기 위한 평행 그리퍼로서 적절히 이용될 수 있다. The gripper 1 having such a configuration can be suitably used as a parallel gripper for holding an object having a constant surface.

본 실시예에 따르면, 작동 링크부(40)에 의해 각각의 파지부(10)에 연결된 제1 링크암(201)들을 동시에 선회운동시켜, 두 파지부(10)가 동시에 오므라들거나 펼쳐지도록 한다. According to the present embodiment, the first link arms 201 connected to the respective grip portions 10 are simultaneously pivoted by the operating link portion 40 so that the two grip portions 10 are simultaneously slid or unfolded.

이를 위해 작동 링크부(40)는 몸체부(50)에 형성된 가이드 레일(501)을 따라 몸체부(50)의 길이 방향으로 직선 이동 가능한 슬라이더(404)를 구비한다. The operation link unit 40 includes a slider 404 that can be moved linearly along the length of the body 50 along the guide rail 501 formed on the body 50. [

가이드 레일(501)은 두 개가 평행하게 배치되며, 도 2에 가장 잘 도시된 바와 같이, 몸체부(50)의 전방 측에 배치된다. Two guide rails 501 are arranged in parallel and are disposed on the front side of the body portion 50, as best seen in Fig.

슬라이더(404)는 가이드 레일(501)에 대해 수직하게 연장되는 이동체(405)와, 이동체(405)의 전방에 고정되며 가이드 레일(501)에 각각 포니 테일 형태로 연결되는 두 개의 제1 지지체(406)를 포함한다. The slider 404 includes a moving body 405 extending perpendicularly to the guide rail 501 and two first supports (not shown) fixed to the front of the moving body 405 and connected to the guide rail 501 in the form of ponytails 406).

따라서, 슬라이더(404)는 가이드 레일(501)의 안내에 따라서 몸체부(50)에 대해 직선 이동 가능하다. Accordingly, the slider 404 is linearly movable with respect to the body portion 50 in accordance with the guide of the guide rail 501. [

한편, 이동체(405)의 후방에는 제2 지지체(407)가 형성된다. 제2 지지체(407)는 이동체(405)의 후면에 형성된 가이드 레일과 포니 테일 형태로 연결되어. 이동체(405)의 길이 방향으로 이동 가능하다. On the other hand, a second support body 407 is formed on the rear side of the moving body 405. The second support body 407 is connected to the guide rail formed on the rear surface of the moving body 405 in the form of a ponytail. And is movable in the longitudinal direction of the moving body 405.

제2 지지체(407)에는 대략 "ㄱ"자 형태의 제3 링크암(203)의 일단이 회전 가능하게 연결된다. 제3 링크암(203)은 타단이 제1 링크암(201)에 고정된다. One end of the third link arm 203 of approximately "a" shape is rotatably connected to the second support body 407. The other end of the third link arm 203 is fixed to the first link arm 201.

설명의 편의상, 제1 링크암(201)과 제3 링크암(203)을 구분하여 설명하였지만, 도시된 바와 같이, 제1 링크암(201)과 제3 링크암(203)은 일체로 형성될 수도 있다. The first link arm 201 and the third link arm 203 have been described separately for convenience of explanation. However, as shown in the figure, the first link arm 201 and the third link arm 203 are integrally formed It is possible.

제1 링크암(201)과 제3 링크암(203)의 연결체는 중간 부분이 회전 중심(204)을 기준으로 몸체부(50)에 대해 회전 가능하게 연결되고, 일단이 슬라이더(404)에 회전 가능하게 연결되며, 타단이 파지부(10)에 회전 가능하게 연결된 상태가 된다. The link member of the first link arm 201 and the third link arm 203 has an intermediate portion rotatably connected to the body portion 50 with respect to the rotation center 204, And the other end thereof is rotatably connected to the gripper 10.

본 실시예에 따르면, 제3 링크암(203)이 제1 링크암(201)에 연결되지만, 제1 링크암(201)과 제2 링크암(202)은 4절 링크 구조 안에서 그 움직임이 서로 연동되므로, 필요에 따라서 구조를 변경하여 슬라이더(404)에 연결된 제3 링크암(203)이 제2 링크암(202)과 연결되도록 구성할 수도 있다는 것이 이해될 것이다. According to the present embodiment, although the third link arm 203 is connected to the first link arm 201, the first link arm 201 and the second link arm 202 are moved in the four- It is to be understood that the third link arm 203 connected to the slider 404 may be configured to be connected to the second link arm 202 by changing the structure as necessary.

도 5를 참조하면, 폐쇄위치(회색)에서 슬라이더(404)가 몸체의 중심축(2)에 대해 도면의 위쪽 방향으로 직선 운동하면, 슬라이더(404)에 연결된 제2 지지체(407)도 위쪽 방향으로 이동한다. 상술한 바와 같이 제2 지지체(407)는 슬라이더(404)의 이동체(407)의 길이 방향으로 이동 가능하므로, 제2 지지체(407)는 회전 중심(204)가 중심인 원(3)의 원주를 따라 이동한다. 5, when the slider 404 linearly moves in the upward direction in the drawing relative to the central axis 2 of the body in the closed position (gray), the second support body 407 connected to the slider 404 also moves upward . The second support body 407 can be moved in the longitudinal direction of the moving body 407 of the slider 404 so that the circumference of the circle 3 centered on the rotation center 204 Move along.

이러한 제2 지지체(407)의 이동에 의해, 제2 지지체(407)에 회전 가능하게 연결된 제1 링크암(201)과 제3 링크암(203)의 연결체는 몸체부(50)에 고정 지지되어 있는 회전 중심(204)을 기준으로 선회한다. The second supporting body 407 is moved so that the connecting body of the first link arm 201 and the third link arm 203 rotatably connected to the second supporting body 407 is fixed to the body portion 50 The turning center 204 is rotated.

제1 링크암(201)이 선회함에 따라서, 제2 링크암(202)도 같이 선회하게 되고, 파지부(10)가 개방 위치(검정색)으로 이동하게 된다. 이때, 파지부(10)의 헤드(101) 및 그에 부착된 파지면(103)은 항상 동일한 방향으로 향하면서 이동한다는 것은 이미 설명하였다. As the first link arm 201 rotates, the second link arm 202 also rotates together, and the grip portion 10 is moved to the open position (black). At this time, it has already been explained that the head 101 of the gripper 10 and the gripping surface 103 attached thereto move always in the same direction.

도시의 편의를 위해 도 5에는 하나의 파지부(10)만을 도시하였지만, 하나의 슬라이더(404)의 동작에 의해 두 개의 파지부(10)가 동일하게 동작한다는 것이 이해되어야 할 것이다. Although only one gripper 10 is shown in FIG. 5 for the convenience of illustration, it should be understood that the two grippers 10 operate identically by the operation of one slider 404.

한편, 본 실시예에 따르면, 슬라이더(404)를 직선 운동시키기 위한 수단으로서, 작동 링크부(40)는 액츄에이터(30)의 회전 구동력을 직선 운동으로 변환할 수 있는 크랭크 기구를 포함한다. According to the present embodiment, as a means for linearly moving the slider 404, the operating link portion 40 includes a crank mechanism capable of converting the rotational driving force of the actuator 30 into a linear motion.

모터 등이 액츄에이터의 회전 구동력을 직선 운동으로 변환하기 위한 구성으로서 볼 스크류 등을 이용할 수도 있으나, 볼 스크류는 구동력을 전달하는 나사산의 마찰력에 의해 순응 제어가 사실상 어렵다. 구체적으로, 볼 스크류를 이용해 슬라이더(404)를 직선 운동시키는 경우, 나사산의 방향 특성으로 인해, 액츄에이터의 구동에 의해 스크류를 따라 슬라이더가 쉽게 이동할 수는 있느나, 파지부를 억지로 벌려 슬라이더를 거꾸로 스크류를 따라 이동하도록 하는 것은 거의 어렵다. Although a motor or the like may use a ball screw or the like as a structure for converting the rotational driving force of the actuator into a linear motion, it is practically difficult to control the ball screw due to the frictional force of the thread transmitting the driving force. Specifically, when the slider 404 is linearly moved using the ball screw, the slider can be easily moved along the screw by driving the actuator due to the directional characteristics of the thread. However, since the gripper is forcibly opened, It is hardly possible to move it along.

또한, 액츄에이터의 구동력과 파지부의 파지력의 힘 상관 관계 해석이 어려워 사실상 파지부의 위치 제어만이 가능하다. 위치 제어는 파지부가 항상 일정한 위치에 위치하도록 액츄에이터의 출력을 제어하는 제어 방식이므로, 사람이 파지부에 힘을 가하면 액츄에이터는 그 위치를 유지하기 위해 더 큰 힘을 낼 것이므로 파지부를 억지로 벌리는 것이 어렵다. In addition, it is difficult to analyze the force correlation between the driving force of the actuator and the gripping force of the gripper portion, so that it is practically possible to control the position of the gripper portion. Since the position control is a control method of controlling the output of the actuator so that the grip portion is always positioned at a constant position, when a person applies a force to the grip portion, the actuator will exert a greater force to maintain its position, .

따라서, 볼 스크류를 이용하면 순응 제어가 어려워 그리퍼를 인간과 접촉하는 환경에서 이용하는 로봇이 엔드 이팩터로 사용하기는 부적절하다. Therefore, it is inappropriate to use a robot that uses the gripper in an environment in contact with humans as an end effector, because it is difficult to control compliance by using a ball screw.

본 실시예에 따르면, 그리퍼(1)의 순응 제어 특성을 향상시켜 생활 환경에서도 그리퍼(1)가 적절히 이용될 수 있도록, 슬라이더(404)를 직선 운동 수단으로서 크랭크 기구를 이용한다. According to the present embodiment, the adaptive control characteristic of the gripper 1 is improved, and a crank mechanism is used as the linear movement means so that the gripper 1 can be appropriately used even in a living environment.

도 2 내지 4에 가장 잘 도시된 바와 같이, 크랭크 기구는 액츄에이터(30)에 의해 회전하는 드럼(401)과, 상기 드럼(401)에 고정되어 드럼(401)과 함께 회전하는 제1 크랭크암(402)과, 양단이 각각 제1 크랭크암(402)과 슬라이더(404)에 대해 회전 가능하게 연결되는 제2 크랭크암(403)을 포함한다. 2 to 4, the crank mechanism includes a drum 401 rotated by the actuator 30, a first crank arm 401 fixed to the drum 401 and rotated together with the drum 401, And a second crank arm 403 having both ends rotatably connected to the first crank arm 402 and the slider 404, respectively.

도 5에 도시된 바와 같이, 액츄에이터(30)에 의해 드럼(401)이 회전하면 제1 크랭크암(402) 및 제2 크랭크암(403)의 작용에 의해 슬라이더(404)가 직선 운동할 수 있다. 5, when the drum 401 is rotated by the actuator 30, the slider 404 can be linearly moved by the action of the first crank arm 402 and the second crank arm 403 .

이러한 크랭크 기구는 일종의 링크 시스템으로서 액츄에이터의 구동력에 역행하여 동작시키기가 용이하고, 후술하는 바와 같이 액츄에이터와 파지부의 힘 상관 관계 분석이 용이하므로 파지부(10)의 파지력을 명령값으로 한 파지력 제어가 가능하여 그리퍼(1)의 순응 제어 특성이 매우 우수해진다는 장점이 있다. Such a crank mechanism is a kind of link system that is easy to operate in reverse to the driving force of the actuator and is easy to analyze force correlation between the actuator and the gripper as described later. Therefore, the gripping force control using the gripping force of the gripper 10 as a command value So that the adaptive control characteristic of the gripper 1 is remarkably improved.

한편, 그리퍼(1)의 백래쉬를 최소화하기 위해서, 액츄에이터(30)와 크랭크 기구의 드럼(401)은 하모닉 드라이브(harmonic drive)에 의해 연결된다. On the other hand, in order to minimize the backlash of the gripper 1, the actuator 30 and the drum 401 of the crank mechanism are connected by a harmonic drive.

도 6a 및 도 6b는 하모닉 드리이브의 구성과 동작을 설명하기 위한 도면이다. 6A and 6B are views for explaining the configuration and operation of the harmonic drive.

하모닉 드라이브는 감속비가 낮은 감속기의 일종으로, 백래쉬가 0에 가까운 감속 특성을 가지는 것으로 알려져 있다. The harmonic drive is a kind of reducer with a low reduction ratio, and it is known that the backlash has a deceleration characteristic close to zero.

도 6a 및 6b에 도시된 바와 같이, 하모닉 드라이브는 드럼(401)과 일체로 회전하고 내면에 기어치(302)가 형성된 외부 기어(302)와, 상기 외부 기어(302)의 안 쪽에 위치하고 외면에 외부 기어의 기어치(302)와 치합되는 기어치(304)가 형성되며 유연한 재질로 형성되는 내부 기어(303) 및, 상기 내부 기어(303)의 안쪽에 위치하고 타원형으로 형성되는 캠(305)으로 이루어진다. 6A and 6B, the harmonic drive includes an external gear 302, which is integrally rotated with the drum 401 and has a gear tooth 302 formed on the inner surface thereof, and an external gear 302 located inside the external gear 302, An internal gear 303 formed of a flexible material and formed with gear teeth 304 to be engaged with gear teeth 302 of an external gear and a cam 305 formed inside the internal gear 303 and formed in an elliptical shape .

캠(305)이 액츄에이터(30)에 의해 회전하면 내부 기어(303)가 요동한다. 캠(305)의 장축에 의해 내부 기어(303)의 일부 기어치가 외부 기어의 기어치(302)와 치합하게 되고, 내부 기어(303)의 적절한 요동과 기어비에 따라서 외부 기어(301)가 액츄에이터(303)의 회전 방향과 반대방향으로 회전하게 된다. When the cam 305 rotates by the actuator 30, the internal gear 303 rocks. A part of the gear teeth of the internal gear 303 is engaged with the gear teeth 302 of the external gear by the long axis of the cam 305 and the external gear 301 is driven by the actuator 303 in the direction opposite to the direction of rotation.

하모닉 드라이브의 구체적인 구성과 작동 원리는 이미 잘 알려진 것이므로, 더 이상의 구체적인 설명은 생략한다. Since the specific structure and operation principle of the harmonic drive are well known, no further detailed description is given.

본 실시예에 따르면, 하모닉 드라이브를 이용해 액츄에이터(30)과 크랭크 기구를 연결하므로, 그리퍼(1)의 백래쉬 특성은 크게 개선된다. According to the present embodiment, since the actuator 30 is connected to the crank mechanism using the harmonic drive, the backlash characteristic of the gripper 1 is greatly improved.

한편, 본 실시예에 따른 그리퍼(1)는 종래 기술과 달리 파지부(10)의 위치를 직접 제어하는 위치 제어뿐만 아니라, 파지부(10)의 파지력을 제어하는 파지력 제어가 가능하도록 구성된다. The gripper 1 according to the present embodiment is configured so as to be capable of not only the position control for directly controlling the position of the gripper 10 but also the gripping force control for controlling the gripping force of the gripper 10, unlike the prior art.

이하, 도 7 내지 도 9를 참조하여 설명한다. This will be described below with reference to Figs. 7 to 9. Fig.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 구성을 통해 그리퍼(1)를 제어하는 과정을 도시한 것이다. FIG. 7 shows a process of controlling the gripper 1 through a control configuration according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 그리퍼(1)는 사용자에 의해 입력되는 액츄에이터 위치 명령값, 파지부 위치 명령값 또는 파지부의 파지력 명령값 중 어느 하나에 의해 제어될 수 있다. Referring to FIG. 7, the gripper 1 according to the present embodiment can be controlled by any one of an actuator position command value input by a user, a gripper position command value, or a gripping force command value of a gripper.

위와 같은 제어를 위해, 그리퍼(1)는 액츄에이터(30)의 현재 위치 값을 산출하는 엔코더와, 역기구학 계산기, 전달 힘 해석기, 링크 마찰력 보상기, 액츄에이터 위치 제어기, 엑츄에이터 토크-전류 변환기와, 엑츄에이터 전류 제어기를 더 포함할 수 있다. For this control, the gripper 1 includes an encoder for calculating the current position value of the actuator 30, and an inverse kinematics calculator, a transmission force analyzer, a link friction compensator, an actuator position controller, an actuator torque- And may further include a controller.

먼저 사용자가 파지부의 위치 명령값을 입력한 경우를 설명한다. First, the case where the user inputs the position command value of the grip unit will be described.

사용자가 입력하는 파지부(10)의 위치 명령 값은 역기구학 계산기로 전달된다. 역기구학 계산기는 파지부(10)의 위치 명령 값을 그리퍼(1)의 기구학적 구성 을 역기구학적으로 계산하여 액츄에이터(30)의 위치 명령 값을 산출한다. The position command value of the gripper 10 input by the user is transmitted to the inverse kinematics calculator. The inverse kinematics calculator calculates the position command value of the gripper (10) by inverse kinematically calculating the kinematic configuration of the gripper (1) to calculate the position command value of the actuator (30).

도 8은 그리퍼(1)의 기구학적 구성을 나타낸 도면이다. 8 is a view showing the kinematic configuration of the gripper 1. Fig.

도 8에 도시된 바와 같이, 두 파지부(10) 사이의 거리를 d₇이라고 하고, 액츄에이터(30)의 위치를 θ₁라고 한다. 엄밀히 말하면, θ₁은 드럼(401)의 위치를 표시하고, 액츄에이터(30)의 위치는 하모닉 드라이브의 기어 구성에 따라 달라진다. 하지만, 하모닉 드라이브의 구성에 의해 액츄에이터(30)의 위치는 드럼(401)의 위치 θ₁에 의해 표현 가능하므로, 편의상 액츄에이터(30)의 위치를 θ₁으로 표시한다.Is called, the two grip parts (10) a distance d _7, and as, θ the position of the actuator 30 between _first, as shown in FIG. Strictly speaking,? ₁ indicates the position of the drum 401, and the position of the actuator 30 depends on the gear configuration of the harmonic drive. However, the position of the actuator 30 by the configuration of the harmonic drive, so can be represented by the position θ ₁ of the drum 401, and displays the location of convenience, the actuator 30 by θ _1.

본 실시예에서 액츄에이터(30)의 위치는 소정의 기준 위치(도 8에서는 x축)에 대한 액츄에이터(30)의 구동축의 회전각을 의미한다. In the present embodiment, the position of the actuator 30 means the rotation angle of the drive shaft of the actuator 30 with respect to a predetermined reference position (x-axis in Fig. 8).

도 8에 도시된 그리퍼(1)의 기구학적 관계를 고려하면, 두 파지부(10) 사이의 거리를 d₇은 하기 [수학식 1]으로 나타낼 수 있다. Also in consideration of the kinematic relationship of the gripper (1) shown in Fig. 8, the distance between the grip portion (10) d ₇ it can be expressed by the following Equation 1.

[수학식 1][Equation 1]

이를 θ₁에 대해 정리하면 하기 [수학식 2]와 같다. This can be summarized for? _{1 as shown} in Equation (2) below.

[수학식 2]&Quot; (2) "

상기 [수학식 2]의 등호 우측의 변수 중, 두 파지부(10) 사이의 거리를 d₇은 사용자가 입력하는 파지부의 위치 명령값에 해당하고, 나머지 변수들은 그리퍼(1)의 구성으로부터 알고 있는 값이므로, 역기구학 계산기는 파지부의 위치 명령값에 대응하는 액츄에이터 위치 명령 값(θ₁)을 산출할 수 있다. Among the variables on the right side of Equal Equation in Equation (2), the distance d ₇ between the two grippers 10 corresponds to the position command value of the gripper input by the user, and the remaining variables correspond to the configuration of the gripper 1 Since it is a known value, the inverse kinematics calculator can calculate the actuator position command value (? ₁ ) corresponding to the position command value of the gripper.

다시 도 7을 참조하면 산출된 액츄에이터 위치 명령 값은 액츄에이터 위치 제어기로 보내지고, 액츄에이터 위치 제어기는 액츄에이터 위치 명령 값에 따라 액츄에이터의 위치를 제어하는 신호를 생성한다. Referring again to FIG. 7, the calculated actuator position command value is sent to the actuator position controller, and the actuator position controller generates a signal for controlling the position of the actuator according to the actuator position command value.

본 실시예에 따른 액츄에이터(30)는 전류 제어에 의해 구동된다. The actuator 30 according to the present embodiment is driven by current control.

액츄에이터 위치 제어기는 액츄에이터의 위치를 제어하는 신호로서, 액츄에이터의 위치 명령 값에 대응하는 상기 액츄에이터의 전류 명령 값을 산출하여 액츄에이터의 전류를 제어할 수 있는 액츄에이터 전류 제어기에 입력한다. 액츄에이터 전류 제어기는 그리퍼(1)의 액츄에이터를 전류 제어하여 액츄에이터를 원하는 위치(θ₁)로 구동시킨다.The actuator position controller is a signal for controlling the position of the actuator. The actuator position controller calculates a current command value of the actuator corresponding to the position command value of the actuator and inputs the current command value to the actuator current controller capable of controlling the current of the actuator. The actuator current controller controls the actuator of the gripper ₁ to drive the actuator to the desired position (? ₁ ).

도 7에 도시된 바와 같이, 액츄에이터의 현재 전류 값은 액츄에이터 전류 제어기로 피드백되고, 엔코더에서 측정된 액츄에이터의 현재 위치 값은 액츄에이터 위치 제어기로 피드백되어, 파지부의 위치가 입력된 파지부 위치 명령값에서 벗어나는 경우, 파지부의 위치가 입력된 위치로 이동하도록 액츄에이터를 구동시킨다. 7, the present current value of the actuator is fed back to the actuator current controller, and the current position value of the actuator measured by the encoder is fed back to the actuator position controller so that the position of the gripper is fed to the gripper position command value The actuator is driven so that the position of the gripper moves to the input position.

도 7을 참조하면, 상기 액츄에이터의 위치 명령 값은 사용자에 의해 직접 입력될 수 있으며, 이때는 역기구학 계산기를 통하지 않고, 액츄에이터를 제어한다. Referring to FIG. 7, the position command value of the actuator can be directly input by the user, and the actuator is controlled without going through the inverse kinematics calculator.

액츄에이터의 위치 명령 값이 사용자에 의해 직접 입력되는 것은, 상기 엔코더가 절대 엔코더가 아닌 상대 엔코더(incremental encorder)일 때, 그리퍼(1)의 기구부들에 대한 절대 위치를 결정하기 위한 홈 서치(home search) 과정에서 주로 사용된다. The reason why the position command value of the actuator is directly input by the user is that when the encoder is not an absolute encoder but an incremental encoder, a home search for determining the absolute position of the gripper 1's mechanism parts ) Process.

한편, 상술한 바와 같이, 파지부의 위치 명령값에 따라 그리퍼(1)를 위치 제어하면, 순응 제어 특성이 제한된다. On the other hand, as described above, when the gripper 1 is position-controlled in accordance with the position command value of the gripper, the adaptive control characteristic is limited.

따라서, 본 실시예에 따른 그리퍼(1)는 파지부의 파지력에 의한 제어가 가능하도록 구성된다. Therefore, the gripper 1 according to the present embodiment is configured to be able to be controlled by the gripping force of the gripper.

이하, 사용자가 파지부의 파지력 명령값을 입력한 경우를 설명한다. Hereinafter, a case where the user inputs the gripping force command value of the gripper will be described.

사용자가 입력한 파지부의 파지력 명령값은 전달 힘 해석기로 전달된다. 전달 힘 해석기는 파지부의 파지력 명령 값을 추종하기 위한 액츄에이터의 토크 명령 값을 그리퍼(1)의 기구학적 관계에 의한 힘 해석을 통해 산출한다. The gripping force command value input by the user is transferred to the transmission force analyzer. The transmission force analyzer calculates the torque command value of the actuator to follow the gripping force command value of the gripper portion by means of the force analysis by the kinematic relationship of the gripper (1).

도 9는 그리퍼(1)의 기구학적 힘 관계를 나타낸 도면이다. 도 9에서는 도면이 복잡해지는 것을 피하기 위해, 각 부재의 도면 부호는 생략되었다. 9 is a view showing the kinematic force relationship of the gripper 1. Fig. In Fig. 9, the reference numerals of the respective members are omitted in order to avoid complication of the drawings.

도 9에 도시된 바와 같이, 액츄에이터(30)가 가하는 토크(τ₁)는 하기 [수학식 3]과 같다(엄밀히 보면, 액츄에이터(30)가 가하는 토크는 토크(τ₁)에 대해 하모닉 드리이브의 감속에 따른 효과를 고려하여야 하지만, 여기서는 편의상 액츄에이터(30)가 가하는 토크를 τ₁로 설명한다).9, the harmonic deuriyibeu for torque (τ ₁₎ is to formula 3 are (see, strictly, the torque applied the actuator 30 the actuator 30 for applying a torque (τ ₁₎ The effect due to the deceleration must be considered. Here, for convenience, the torque applied by the actuator 30 is described as? ₁ ).

[수학식 3]&Quot; (3) "

여기서, 외력이 가해지지 않는 조건에서 힘(f₁)은 하기 [수학식 4]와 같이 나타낼 수 있으며, 그리퍼(1)의 기구학적 특성을 고려하면, 파지부(10)에 가해지는 또는 파지부(10)가 가하는 파지력(f₉)은 하기 [수학식 5] 내지 [수학식 7]로 표현할 수 있다. Here, the force f1 can be expressed by the following equation (4) under the condition that an external force is not applied. Considering the kinematic characteristic of the gripper ₁ , the force f1 applied to the gripper 10, The gripping force f ₉ applied by the gripper 10 can be expressed by the following equations (5) to (7).

[수학식 4]&Quot; (4) "

[수학식 5]&Quot; (5) "

[수학식 6]&Quot; (6) "

[수학식 7]&Quot; (7) "

여기서 파지력(f₇)은 사용자가 입력하는 파지부의 파지력 명령 값에 해당한다. Here, the gripping force (f ₇ ) corresponds to the gripping force command value of the grip portion inputted by the user.

사용자가 파지부의 파지력 명령 값(f₇)을 입력하면, 전달 힘 해석기는 상기 [수학식 4] 내지 [수학식 7]을 고려하여, 액츄에이터의 토크 명령 값(τ₁)을 산출한다. When the user inputs the gripping force command value f ₇ of the grip portion, the transmission force interpolator calculates the torque command value? _{1 of the} actuator in consideration of the above-mentioned expressions (4) to (7).

상기 [수학식 4] 내지 [수학식 7]으로부터 동일한 파지력(f₇)을 출력하기 위해 액츄에이터가 가하여야 하는 토크(τ₁)는 액츄에이터의 위치(θ₁)에 따라 변화하므로, 엔코더에서 측정된 액츄에이터이 위치 현재 값이 전달 힘 해석기로 전달되어 액츄에이터의 토크 명령 값(τ₁)을 산출하는데 이용된다. The so torque (τ ₁₎ to be the actuator to output the same gripping force (f ₇₎ from equation 4] to [Equation 7] is changed according to the positions (θ ₁₎ of the actuator, measured in encoder The actuator's current position value is transmitted to the transmitting force solver and used to calculate the torque command value (tau ₁ ) of the actuator.

한편, 상기 [수학식 4] 내지 [수학식 7]은 링크들에 의한 마찰력을 고려하지 않은 것이므로, 본 실시예에 따른 그리퍼(1)는 전달 힘 해석기에서 해석된 힘에서 전달 링크부(20) 및 작동 링크부(40)의 관절에서 작용하는 마찰력을 보상해주는 링크 마찰력 보상기를 더 포함할 수도 있다. Since the grippers 1 according to the present embodiment are designed so that the force transmitted from the transmission link unit 20 to the force transmitted from the gripper 1 can not be obtained, And a link friction compensator that compensates for the frictional force acting on the joint of the operating link portion 40. [

산출된 액츄에이터 토크 명령값은 액츄에이터 토크-전류 변환기를 통해 액츄에이터 전류 명령값으로 변환되고, 액츄에이터 전류 명령값은 상기 액츄에이터 전류 제어기로 전달되어, 액츄에이터(30)를 구동시킨다. The calculated actuator torque command value is converted to an actuator current command value through an actuator torque-to-current converter, and the actuator current command value is transmitted to the actuator current controller to drive the actuator 30. [

위와 같은 구성에 따르면, 파지부(10)의 위치에 관계없이, 파지부(10)가 일정한 파지력을 가지도록 제어되므로, 입력된 파지력보다 큰 힘으로 파지부(10)를 벌리는 경우 파지부(10)가 손쉽게 벌어지게 되므로, 우수한 순응 제어 특성을 가진다. The grip portion 10 is controlled so as to have a fixed gripping force regardless of the position of the grip portion 10 so that when the grip portion 10 is opened with a force larger than the input gripping force, ), So that it has excellent adaptive control characteristics.

도 7의 실시예에서는 액츄에이터 위치 제어기는 액츄에이터 전류 명령값을 산출하고 파지력 제어에 이용되는 겸용의 액츄에이터 전류 제어기로 보내는 것으로 설명하였지만 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 액츄에이터 위치 제어기가 엑츄에티어 전류 명령값을 생성할 수 있는 드라이버를 구비하는 경우, 도 10에 도시된 바와 같이, 파지력 제어의 경우 전용 액츄에이터 전류 제어기를 이용하고, 위치 제어의 경우 액츄에이터 위치 제어기를 통해 직접 그리퍼(1)를 동작시킬 수도 있을 것이다. In the embodiment of FIG. 7, the actuator position controller calculates the actuator current command value and sends it to the common actuator current controller used for the gripping force control. However, the present invention is not limited to this. For example, when the actuator position controller has a driver capable of generating an actuator current command value, as shown in FIG. 10, a dedicated actuator current controller is used in the case of the gripping force control, The gripper 1 may be operated directly via the position controller.

본 실시예에 따른 그리퍼(1)는 크랭크 구조를 채용하고, 위치 제어와 파지력 제어가 모두 가능하도록 구성되므로 순응 제어 특성이 매우 우수하여 사람과의 접촉이 잦아 안전이 우선시되는 환경에서 구동하는 로봇의 엔드 이팩터로 적절히 이용될 수 있다. Since the gripper 1 according to the present embodiment employs a crank structure and is configured to be capable of both position control and gripping force control, the robots 1, which are driven in an environment in which safety is prioritized due to excellent adaptive control characteristics, End effectors.

또한, 하모닉 드라이브를 채용하여 백래쉬 특성이 크게 개선되어, 파지부(10)의 제어 정밀도가 높다. In addition, since the harmonic drive is employed, the backlash characteristic is greatly improved, and the control precision of the gripper 10 is high.

Claims

As a gripper for holding an object,
A plurality of grippers moving toward or away from each other;
A transfer link portion rotatable relative to the body portion and configured to move the plurality of grip portions with respect to the body portion;
An operating link portion that pivotally moves the transmission link portion with respect to the body portion;
An actuator for driving the operating link portion;
An encoder for calculating a current position value of the actuator;
A transmission force analyzer for calculating a torque command value of the actuator according to a current position of the actuator for tracking a gripping force command value of the gripper unit input by a user through a force analysis based on a kinematic relationship of the gripper;
An actuator current controller for controlling a torque of the actuator through current control; And
And an actuator torque-to-current converter for converting the torque command value of the actuator into a current and inputting the value as an actuator current command value of the actuator current controller.

As a gripper for holding an object,
A plurality of grippers moving toward or away from each other;
A transfer link portion rotatable relative to the body portion and configured to move the plurality of grip portions with respect to the body portion;
An operating link portion that pivotally moves the transmission link portion with respect to the body portion;
An actuator for driving the operating link portion;
An encoder for calculating a current position value of the actuator;
An inverse kinematics calculator for computing a position command value of the actuator by inversely kinematically calculating a position command value of the gripper unit input by a user;
And an actuator position controller for controlling the position of the actuator according to a position command value of the actuator.

3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the operating link comprises:
A slider capable of linearly moving along a guide rail formed on the body portion; and a crank mechanism for linearly moving the slider by rotation of the actuator,
Wherein the transmission link portion is pivotally moved with respect to the body portion by linear movement of the slider to simultaneously move the plurality of grip portions.

The method of claim 3,
Wherein the gripping portion has a flat gripping surface in contact with the object,
Wherein the plurality of gripping portions move while maintaining the gripping surfaces always parallel to each other.

The method of claim 3,
The crank mechanism includes:
A drum rotated by the actuator,
A first crank arm fixed to the drum and rotated by the drum,
And a second crank arm rotatably connected at both ends to the first crank arm and the slider, respectively.

The method of claim 3,
The transmission link portion includes:
And a first link arm and a second link arm, both ends of which are rotatably connected to the grip portion and the body portion to form a four-bar link structure together with the grip portion and the body portion. .

The method according to claim 6,
One end is fixed to the first link arm or the second link arm,
And the other end is rotatably connected to the slider,
And a third link arm pivotally moving the first link arm or the second link arm connected thereto in accordance with the linear movement of the slider with respect to the body portion.

The method of claim 3,
Wherein the actuator and the drum of the crank mechanism are connected by a harmonic drive.

The method according to claim 1,
Further comprising a link frictional force compensator for compensating for frictional forces acting on the joints of the transmission link portion and the operating link portion in the force analyzed by the transmission force analyzer.

3. The method of claim 2,
Further comprising an actuator current controller for controlling the position of the actuator through current control,
Wherein the actuator position controller calculates a current command value of the actuator corresponding to the position command value of the actuator and inputs the current command value to the actuator current controller.

3. The method of claim 2,
Wherein the position command value of the actuator can be directly input by a user.