KR101729684B1 - 자기부상을 이용한 그리퍼 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방진환경에서 물체를 용이하게 이동시킬 수 있는 자기부상을 이용한 그리퍼를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상을 이용한 그리퍼는 매트릭스 형태로 배치된 복수 개의 전자석들, 상기 전자석들 상에서 자기력에 의하여 부상하며 적어도 하나의 제1 영구자석을 갖는 제1 파지부재, 및 상기 제1 파지부재와 마주하며 상기 전자석들 상에서 자기력에 의하여 부상하며 적어도 하나의 제2 영구자석을 갖는 제2 파지부재를 포함하고, 상기 전자석들에는 각각의 상기 전자석들에 인가되는 전류의 방향과 전류의 세기를 조절하는 전류 조절부가 연결된다.

Description

자기부상을 이용한 그리퍼{GRIPPER USING MAGNETIC LEVITATION}

본 발명은 그리퍼에 관한 것으로서 보다 상세하게는 자기 부상을 이용한 그리퍼에 관한 것이다.

자기부상은 전기 자기력을 이용하여, 궤도로부터 일정한 높이로 부상하여 추진하는 것을 말한다. 자기부상은 전자석과 전자석의 흡인력으로 물체를 부상시키거나 전자석과 영구자석의 반발력으로 물체를 부상시킨다.

크린룸 등 방진환경에서 물체를 이동하기 위해서는 로봇을 이용하거나 정밀한 장치가 필요하다. 그러나 이러한 장치들을 유지하고 보수하는 데에 많은 시간과 노력이 필요한 문제가 있다. 또한 로봇을 이용하더라도 완벽하게 오염을 예방하기 어려운 문제가 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 방진환경에서 물체를 용이하게 이동시킬 수 있는 자기부상을 이용한 그리퍼를 제공함에 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 자기부상을 이용한 그리퍼는 매트릭스 형태로 배치된 복수 개의 전자석들, 상기 전자석들 상에서 자기력에 의하여 부상하며 적어도 하나의 제1 영구자석을 갖는 제1 파지부재, 및 상기 제1 파지부재와 마주하며 상기 전자석들 상에서 자기력에 의하여 부상하며 적어도 하나의 제2 영구자석을 갖는 제2 파지부재를 포함하고, 상기 전자석들에는 각각의 상기 전자석들에 인가되는 전류의 방향과 전류의 세기를 조절하는 전류 조절부가 연결된다.

여기서 상기 제1 파지부재는 외형을 이루는 하우징과 상기 하우징 내에 배치된 복수 개의 제1 영구자석을 포함할 수 있다.

또한, 상기 하우징에는 파지대상 물체과 맞닿는 파지 홈이 형성될 수 있다.

또한, 상기 하우징은 파지대상 물건과 끼움 결합되는 지지부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 지지부는 돌기로 이루어질 수 있으며, 상기 지지부는 홈으로 이루어질 수도 있다.

또한, 상기 영구자석들은 기둥 형상으로 이루어지고 상기 영구자석의 N극과 S극은 높이 방향으로 배열될 수 있다.

또한, 상기 하우징 내에는 4개의 영구자석이 설치되고 상기 영구자석들은 상기 하우징의 코너부에 배치될 수 있다.

또한, 상기 하우징 내에는 하나의 영구자석이 설치되고, 상기 영구자석은 십자 막대 형상으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 전자석은 공심형 코일로 이루어질 수 있으며, 상기 전자석들 상에는 상기 전자석들을 덮는 베이스 플레이트가 배치될 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자기부상을 이용한 그리퍼를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 잘라 본 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 자기부상을 이용한 그리퍼의 제1 파지부재와 제2 파지부재를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 자기부상을 이용한 그리퍼의 제1 파지부재와 제2 파지부재를 도시한 사시도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자기부상을 이용한 그리퍼를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 잘라 본 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 제1 실시예에 따른 자기부상을 이용한 그리퍼(100)는 코일 전자석(40), 베이스 플레이트(30), 제1 파지부재(10), 제2 파지부재(20), 및 전류 조절부(50)를 포함한다.

코일 전자석(40)은 베이스 플레이트(30)의 하부에 배치되며 복수 개의 코일 전자석(40)이 행과 열을 이루어 매트릭스 형태로 배열된다. 코일 전자석(40)은 막대 형상으로 이루어지며 지면에 대하여 세워져 배치된다. 코일 전자석(40)은 자기력을 형성하는데, 자기장의 극성 및 세기는 코일 전자석(40)에 공급되는 전류에 의하여 변화한다. 코일 전자석(40)은 공심형 코일로 이루어질 수 있다.

코일 전자석(40)에는 코일 전자석(40)에 전류를 제공하는 전류 조절부(50)가 연결 설치되며, 전류 조절부(50)는 코일 전자석에 공급되는 전류의 방향과 세기를 제어한다. 각각의 코일 전자석(40)에는 전류 조절부(50)가 개별적으로 연결 설치되므로 코일 전자석(40)의 자기력은 개별적으로 제어된다.

전류 조절부(50)는 컨트롤러(60)와 연결되어 컨트롤러(60)에서 입력되는 신호에 의하여 코일 전자석(40)에 공급되는 전류의 세기를 조절한다. 컨트롤러(60)는 제1 파지부재(10)와 제2 파지부재(20)를 움직이기 위한 코일 전자석의 자기력의 세기를 계산하고 신호를 전류 조절부(50)에 전달한다.

베이스 플레이트(30)는 코일 전자석의 상부에서 코일 전자석들을 덮도록 설치되며 부도체로 이루어지거나 자기장을 차단 및 교란하지 않는 물질로 이루어질 수 있다.

제1 파지부재(10)는 외형을 이루어는 하우징(16)과 하우징(16) 내에 배치된 적어도 하나 이상의 제1 영구자석(15)을 포함할 수 있다. 본 제1 실시예에 따른 제1 파지부재(10)는 2개의 제1 영구자석(15)을 갖는다. 제1 영구자석(15)은 원기둥 형상으로 이루어지며 N극(13)과 S극(12)은 높이 방향으로 배열된다. 제1 영구자석들(15)은 동일한 하나의 극성이 아래를 향하고, 다른 극성이 위를 향하도록 배열된다 즉, 제1 영구자석들(15)은 N극(13)이 아래를 향하고 S극(12)이 위를 향하도록 배치될 수 있다. 다만 제1 영구자석은 사각기둥, 육각기둥 등 다양한 형상으로 이루어질 수 있으며, N극과 S극도 특정 방향의 지지력 개선을 위해 다양한 형태로 배치될 수 있다.

하우징(16)은 내부 공간을 갖는 직육면체로 이루어지며, 하우징(16)의 외면에는 파지 홈(17)이 형성된다. 파지 홈(17)은 파지대상 물체(35)와 맞닿으며 호형의 횡단면을 갖는 곡면으로 이루어진다. 하우징은 원통, 각주, 각뿔 등 다양한 형태로 이루어질 수 있다. 또한 파지 홈은 사각형의 횡단면을 갖거나 삼각형의 횡단면을 갖는 등 다양한 형태로 이루어질 수 있다.

제2 파지부재(20)는 외형을 이루어는 하우징(26)과 하우징(26) 내에 배치된 적어도 하나 이상의 제2 영구자석(25)을 포함할 수 있다. 본 제1 실시예에 따른 제2 파지부재(20)는 2개의 제2 영구자석(25)을 갖는다. 제2 영구자석(25)은 원기둥 형상으로 이루어지며 N극(23)과 S극(22)은 높이 방향으로 배열된다. 제2 영구자석들(25)은 동일한 하나의 극성이 아래를 향하고, 다른 극성이 위를 향하도록 배열된다 즉, 제2 영구자석들(25)은 N극(23)이 아래를 향하고 S극(22)이 위를 향하도록 배치될 수 있다.

하우징(26)은 내부 공간을 갖는 직육면체로 이루어지며, 하우징(26)의 외면에는 파지 홈(27)이 형성된다. 파지 홈(27)은 파지대상 물체(35)와 맞닿으며 호형의 횡단면을 갖는 곡면으로 이루어진다.

이하에서는 본 제1 실시예에 따른 자기부상을 이용한 그리퍼(100)의 작용 효과에 대해서 설명한다.

전류 조절부(50)와 연결된 컨트롤러(60)의 명령에 의하여 각각의 코일 전자석(40)에 인가되는 전류의 세기와 방향이 변하며, 이에 따라 코일 전자석(40)이 발생시키는 자기력의 세기와 방향도 변한다.

코일 전자석들(40)은 제1 파지부재(10) 및 제2 파지부재(20)를 잡아당기거나 밀어 낼 수 있다. 이에 따라 베이스 플레이트(30) 상에서 제1 파지부재(10) 및 제2 파지부재(20)는 X축, Y축, 및 Z축 방향으로 이동할 수 있다.

또한, 하나의 제1 영구자석(15)은 잡아당기고, 다른 제1 영구자석(15)을 밀어내면 제1 파지부재(10)를 회전시킬 수 있다. 이와 같이 제1 파지부재(10)와 제2 파지부재(20)는 A, B, C 방향으로 회전할 수 있다.

본 제1 실시예에 따르면 코일 전자석(40)에 인가되는 전류를 제어하여 제1 파지부재(10)와 제2 파지부재(20)를 이동시키거나 회전시킬 수 있다. 제1 파지부재(10)와 제2 파지부재(20)는 각각 개별적으로 제어되며, 제1 파지부재(10)와 제2 파지부재(20)를 이용하여 물체(35)를 잡아서 이동시킬 수 있다.

본 제1 실시예에 따른 그리퍼(100)를 이용하면 크린룸 등에서 다른 장치에 지지되지 아니하고 안정적으로 물건을 이동시킬 수 있다. 이에 따라 미세 먼지의 발생이나 오염을 방지할 수 있다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 자기부상을 이용한 그리퍼의 제1 파지부재와 제2 파지부재를 도시한 사시도이다.

도 3을 참조하여 설명하면, 본 제2 실시예에 따른 그리퍼는 제1 파지부재(110)와 제2 파지부재(120)의 구조를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 그리퍼와 동일한 구조로 이루어지는 바 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.

제1 파지부재(110)는 외형을 이루어는 하우징(116)과 하우징(116) 내에 배치된 4개의 제1 영구자석(115)을 포함할 수 있다. 제1 영구자석(115)은 원기둥 형상으로 이루어지며 N극(113)과 S극(112)은 높이 방향으로 배열된다. 제1 영구자석들(115)은 하우징(116) 내에서 4개의 코너부에 각각 배치되며 등간격으로 이격 배치될 수 있다.

하우징(116)은 내부 공간을 갖는 직육면체로 이루어지며, 하우징(116)의 외면에는 파지대상 물건과 끼움 결합되는 지지부(117)가 형성된다. 지지부(117)는 돌기로 이루어지며, 제2 파지부재(120)를 향하는 면에 형성되어 있다.

지지부(117)는 제1 파지부재(110)가 물체와 맞닿을 때 물체에 형성된 홈에 삽입되어 물체를 지지한다. 이와 같이 지지부(117)를 형성하면 보다 안정적으로 물체를 파지할 수 있다.

제2 파지부재(120)는 외형을 이루어는 하우징(126)과 하우징(126) 내에 배치된 4개의 제2 영구자석(125)을 포함할 수 있다. 제2 영구자석(125)은 원기둥 형상으로 이루어지며 N극(123)과 S극(122)은 높이 방향으로 배열된다. 제2 영구자석들(125)은 하우징(126) 내에서 4개의 코너부에 각각 배치되며 등간격으로 이격 배치될 수 있다.

하우징(126)은 내부 공간을 갖는 직육면체로 이루어지며, 하우징(126)의 외면에는 파지대상 물건과 끼움 결합되는 지지부가 형성된다. 지지부는 돌기로 이루어지며, 제1 파지부재(110)를 향하는 면에 형성되어 있다.

도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 자기부상을 이용한 그리퍼의 제1 파지부재와 제2 파지부재를 도시한 사시도이다.

도 4을 참조하여 설명하면, 본 제3 실시예에 따른 그리퍼는 제1 파지부재(260)와 제2 파지부재(270)의 구조를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 그리퍼와 동일한 구조로 이루어지는 바 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.

제1 파지부재(260)는 외형을 이루어는 하우징(266)과 하우징(266) 내에 배치된 하나의 제1 영구자석(265)을 포함할 수 있다. 제1 영구자석(265)은 십자 막대 형상으로 이루어지며 N극(263)과 S극(262)은 높이 방향으로 배열된다. 제1 영구자석(265)은 제1 방향으로 이어진 하나의 막대와 이와 수직인 제2 방향으로 이어진 다른 막대가 결합된 구조로 이루어질 수 있다.

하우징(266)은 내부 공간을 갖는 직육면체로 이루어지며, 하우징(266)의 외면에는 파지대상 물건과 끼움 결합되는 지지부(267)가 형성된다. 하우징(266)에는 4개의 지지부(267)가 형성되어 있다. 지지부(267)는 홈으로 이루어지며, 제2 파지부재(270)를 향하는 면에 형성되어 있다.

지지부(267)에는는 제1 파지부재(260)가 물체와 맞닿을 때 물체에 형성된 돌기가 삽입된다. 이와 같이 지지부(267)를 형성하면 보다 안정적으로 물체를 파지할 수 있다.

제2 파지부재(270)는 외형을 이루어는 하우징(276)과 하우징(276) 내에 배치된 하나의 제2 영구자석(275)을 포함할 수 있다. 제2 영구자석(275)은 십자 막대 형상으로 이루어지며 N극(273)과 S극(272)은 높이 방향으로 배열된다. 제2 영구자석(275)은 제1 방향으로 이어진 하나의 막대와 이와 수직인 제2 방향으로 이어진 다른 막대가 결합된 구조로 이루어질 수 있다.

하우징(276)은 내부 공간을 갖는 직육면체로 이루어지며, 하우징(276)의 외면에는 파지대상 물건과 끼움 결합되는 지지부가 형성된다. 하우징(276)에는 4개의 지지부가 형성되고 지지부는 홈으로 이루어지며, 제2 파지부재(270)를 향하는 면에 형성되어 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

100: 그리퍼
10, 110, 260: 제1 파지부재
20, 120, 270: 제2 파지부재
15, 115, 265: 제1 영구자석
25, 125, 275: 제2 영구자석
12, 22, 112, 122, 262, 272: S극
13, 23, 113, 123, 263, 273: N극
16, 26, 116, 126, 266, 276: 하우징
17, 27: 파지 홈
117, 267: 지지부
30: 베이스 플레이트
35: 물체
40: 코일 전자석
50: 전류 조절부
60: 컨트롤러

Claims (11)

1. 매트릭스 형태로 배치된 복수 개의 전자석들;
   상기 전자석들 상에서 자기력에 의하여 부상하며 적어도 하나의 제1 영구자석을 갖는 제1 파지부재;
   상기 제1 파지부재와 마주하며 상기 전자석들 상에서 자기력에 의하여 부상하며 적어도 하나의 제2 영구자석을 갖는 제2 파지부재;
   상기 전자석들에 연결되어 각각의 상기 전자석들에 인가되는 전류의 방향과 전류의 세기를 조절하는 전류 조절부; 및
   부도체로 형성되고 상기 전자석들 상에 배치되어 상기 전자석들을 덮는 베이스 플레이트
   를 포함하며,
   상기 제1 파지부재 및 상기 제2파지 부재는
   상기 베이스 플레이트 상에서, 서로 마주하여 X축, Y축, 및 Z축 방향으로 이동하고, 상기 X축, 상기 Y축, 및 상기 Z축 상에서 A방향, B방향 및 C방향으로 각각 회전하는
   자기부상을 이용한 그리퍼.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 파지부재는 외형을 이루는 하우징과 상기 하우징 내에 배치된 복수 개의 제1 영구자석을 포함하는 자기부상을 이용한 그리퍼.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 하우징에는 파지대상 물체과 맞닿는 파지 홈이 형성된 자기부상을 이용한 그리퍼.
4. 제2 항에 있어서,
   상기 하우징은 파지대상 물건과 끼움 결합되는 지지부를 갖는 자기부상을 이용한 그리퍼.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 지지부는 돌기로 이루어진 자기부상을 이용한 그리퍼.
6. 제4 항에 있어서,
   상기 지지부는 홈으로 이루어진 자기부상을 이용한 그리퍼.
7. 제2 항에 있어서,
   상기 영구자석들은 기둥 형상으로 이루어지고 상기 영구자석의 N극과 S극은 높이 방향으로 배열된 자기부상을 이용한 그리퍼.
8. 제2 항에 있어서,
   상기 하우징 내에는 4개의 영구자석이 설치되고 상기 영구자석들은 상기 하우징의 코너부에 배치된 자기부상을 이용한 그리퍼.
9. 제2 항에 있어서,
   상기 하우징 내에는 하나의 영구자석이 설치되고, 상기 영구자석은 십자 막대 형상으로 이루어진 자기부상을 이용한 그리퍼.
10. 제1 항에 있어서,
    상기 전자석은 공심형 코일로 이루어진 자기부상을 이용한 그리퍼.
11. 삭제

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