KR101740605B1

KR101740605B1 - 고감쇠 로봇핸드

Info

Publication number: KR101740605B1
Application number: KR1020150114424A
Authority: KR
Inventors: 최진경
Original assignee: (주)라컴텍
Priority date: 2015-08-13
Filing date: 2015-08-13
Publication date: 2017-05-25
Also published as: KR20170019913A

Abstract

본 발명에 따른 고감쇠 로봇 핸드는, 탄소섬유층과 보강층이 서로 일부분만이 점착되고 나머지는 점착되지 않는 비점착부를 형성함으로써, 핸드부에서 진동 발생시 탄소섬유층과 아라미드섬유층사이의 비점착부에서 미끄러짐이 발생되어, 쿨롱감쇠원리에 의해 진동 감쇠 효과를 극대화시킬 수 있다. 본 발명에 따른 고감쇠 로봇 핸드는, 핸드부에 탄소섬유층과 아라미드섬유층을 적층하여 사용함으로써, 탄소섬유층에 의해 강성을 확보하고 아라미드섬유층에 의해 진동감쇠효과를 얻을 수 있다.

Description

고감쇠 로봇핸드{High damping Robot hand}

본 발명은 고감쇠 로봇핸드에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 진동감쇠 성능이 보다 향상될 수 있는 고감쇠 로봇핸드에 관한 것이다.

최근 디스플레이 기술의 발달에 따라 TV 등 영상기기의 크기가 점차 커지고, 디스플레이 패널의 모체라고 할 수 있는 LCD 원판의 크기도 비약적으로 커지고 있다. LCD 원판의 대형화와 함께 LCD 패널의 생산 효율을 향상시키기 위해 제조공정시간 단축, LCD 원판의 적재 및 공정간 이송시간 단축을 위한 다양한 시도 및 연구가 진행되고 있다. 상기 LCD 원판의 이송 시간 단축을 위해서, LCD 이송용 로봇의 제조 기술, 정밀 자동 제어기술 뿐만 아니라 로봇 핸드의 재질에 대한 연구가 활발하게 진행되는 추세이다.

LCD 이송용 로봇 핸드(Robot hand)는 로봇에 부착되어, LCD 유리 원판을 고정 및 이동할 수 있도록 만들어진 팔을 일컫는다. 로봇 핸드는 단순한 이동뿐만 아니라 LCD 유리 원판의 제조공정에 따른 열처리, 화학처리, 플라즈마 처리 등의 각종 공정에 함께 노출되므로, 제조 공정 특성에 맞도록 소재 선정이 중요하며, 주로 금속, 세라믹, 복합재료 등이 사용된다. 또한, LCD 원판의 대형화로 인해 로봇 핸드의 길이도 점차 길어지고 있다. 한편, 상기 로봇 핸드의 길이가 길어짐에 따라 상기 로봇 핸드의 운전 또는 정지시 말단부의 진동 폭이 커지게 되므로, 정지 후 재운전까지의 대기시간이 길어지게 되어 생산 효율이 저하되는 문제점이 있다.

한국등록특허10-1265685호

본 발명의 목적은, 진동을 효율적으로 감쇠시킬 수 있는 고감쇠 로봇 핸드를 제공하는 데 있다.

본 발명은, 일측이 고정되는 고정단과, 상기 고정단에서 돌출 연장되는 자유단을 포함하는 고감쇠 로봇 핸드에 있어서, 제1탄소섬유들이 제1매트릭스에 함침된 탄소섬유층과; 상기 탄소섬유층에서 상기 고정단으로부터 상기 자유단을 향한 방향으로 미리 설정된 설정 길이에 해당하는 일부분에 적층되되, 상기 고정단측에서는 상기 탄소섬유층에 점착되고 나머지 부분은 비점착되는 보강층을 포함한다.

본 발명에 따른 고감쇠 로봇 핸드는, 탄소섬유층과 보강층이 서로 일부분만이 점착되고 나머지는 점착되지 않는 비점착부를 형성함으로써, 핸드부에서 진동 발생시 탄소섬유층과 보강층사이의 비점착부에서 미끄러짐이 발생되어, 쿨롱감쇠원리에 의해 진동 감쇠 효과를 극대화시킬 수 있다.

본 발명에 따른 고감쇠 로봇 핸드는, 핸드부에 탄소섬유층과 아라미드섬유층을 적층하여 사용함으로써, 탄소섬유층에 의해 강성을 확보하고 아라미드섬유층에 의해 진동감쇠효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고감쇠 로봇 핸드가 개략적으로 도시된 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 핸드부의 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 핸드부의 측면도이다.
도 4는 도 3에서 A부분의 확대도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 대해 설명하면, 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고감쇠 로봇 핸드가 개략적으로 도시된 도면이다. 도 2는 도 1에 도시된 핸드부의 사시도이다. 도 3은 도 2에 도시된 핸드부의 측면도이다.

도 1을 참조하면, 고감쇠 로봇 핸드(1)는, 이송물을 들어 올려 이송하기 위한 이송 로봇에 장착된다. 상기 이송물은, LCD 패널, 일반 글래스 패널 및 OLED 패널 등을 포함한다.

상기 고감쇠 로봇 핸드(1)는, 상기 이송 로봇에 고정되는 고정부(2)와, 상기 고정부에서 돌출되어 상기 이송물이 올려지는 복수의 핸드부들(4)을 포함한다. 상기 복수의 핸드부들(4)은 각각 길이방향으로 길게 형성되고, 서로 소정간격 이격되게 배치된다. 본 실시예에서는, 상기 핸드부들(4)이 상기 고정부(2)를 통해 상기 이송 로봇에 고정되는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 상기 핸드부들(4)이 상기 이송 로봇에 직접 고정되는 것도 물론 가능하다.

상기 핸드부들(4)은, 상기 고정부(2)에 고정되는 고정단(4a)과, 상기 고정단(4a)에서 돌출 연장된 자유단(4b)을 포함한다. 또한, 상기 핸드부들(4)은 중공형 구조로 이루어진 것으로 예를 들어 설명하나, 중실형 구조로 이루어진 것도 물론 가능하다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 핸드부(4)는, 탄소섬유층(10)과 보강층을 포함한다.

상기 탄소섬유층(10)은, 복수의 탄소섬유플라이들을 상하방향(Z)으로 적층하여 형성된다. 상기 탄소섬유플라이들은 복수의 제1탄소섬유들(10a)이 제1매트릭스(10b)에 함침된 프리프레그이다. 이하, 제1탄소섬유들(10a)은 탄소섬유라 칭한다. 상기 제1매트릭스(10b)는 고분자 수지로 이루어진다. 상기 탄소섬유플라이들에는 탄소섬유(10a) 이외에 필러(미도시)등이 포함되는 것도 물론 가능하다. 상기 복수의 탄소섬유플라이들에 포함된 필러들은 서로 기능이 동일한 것이 사용되는 것도 가능하고, 서로 다른 기능의 것이 사용되는 것도 물론 가능하다.

상기 탄소섬유들(10a)은 상기 핸드부(4)의 길이방향(Y)으로 연속적으로 길게 배치된다. 즉, 상기 탄소섬유플라이들에 각각 포함된 탄소섬유들(10a)의 배열방향은 서로 동일하고, 상기 배열방향은 상기 길이방향(Y)과 평행하거나 동일하다. 다만, 이에 한정되지 않고 상기 복수의 탄소섬유플라이들에 각각 포함된 탄소섬유들(10a)의 배열방향은 서로 다른 것도 가능하고, 상기 길이방향(Y)에 대해 소정 각도로 경사지게 배열되는 것도 물론 가능하다.

상기 보강층은, 제2탄소섬유들과 아라미드섬유들 중 적어도 하나가 제2매트릭스에 함침된 플라이들을 상하방향(Z)으로 적층하여 이루어진다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 보강층은 아라미드섬유들만으로 이루어진 복수의 아라미드섬유플라이들이 적층된 아라미드섬유층(20)인 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 보강층은, 제2탄소섬유들로만 이루어진 탄소섬유플라이들이 적층된 탄소섬유층인 것도 가능하고, 제2탄소섬유들과 아라미드섬유들이 혼합된 혼합섬유플라이들이 적층된 혼합섬유층인 것도 물론 가능하다. 또한, 상기 보강층은, 스틸이나 알루미늄 등 금속 패널로 이루어지는 것도 물론 가능하다. 또한, 본 실시예에서는, 상기 탄소섬유층(10)에 한 개의 보강층이 구비되는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 하나의 탄소섬유층(10)에 복수의 보강층들이 구비되는 것도 물론 가능하다.

상기 아라미드섬유층(20)은, 상기 탄소섬유층(10)의 일부분에만 적층된다. 상기 아라미드섬유층(20)은, 상기 탄소섬유층(10)의 상측에 적층되되, 상기 고정단(4a)로부터 상기 자유단(4b)을 향한 방향으로 미리 설정된 설정 길이(L2)만큼만 적층되어 형성된다. 상기 설정 길이(L2)는, 상기 핸드부(4)의 강성에 비례하게 설정된다. 또한, 상기 설정 길이(L2)는, 상기 핸드부(4)의 처짐량을 감소시킬 수 있으면서 상기 핸드부(4)의 진동 감쇠율을 향상시킬 수 있는 길이로 미리 설정될 수 있다. 예를 들어, 상기 핸드부(4)의 진동 전달률이 높을수록 상기 설정 길이(L2)를 길게 설정할 수 있다. 상기 아라미드섬유층(20)의 길이는 약 500mm 내외로 설정되며, 용도에 따라 300mm 이하나 1000mm 이상으로도 제작될 수 있다.

상기 아라미드섬유층(20)은 적어도 일부분만이 상기 탄소섬유층(10)의 상측에 점착되고, 나머지 부분은 상기 탄소섬유층(10)의 상측에 비점착되게 형성된다. 상기 아라미드섬유층(20)은, 상기 고정단(4a)측으로부터 상기 자유단(4b)을 향한 방향으로 미리 설정된 점착 길이(L1)에 해당하는 부분만 상기 탄소섬유층(10)에 점착되어 고정되고, 나머지 부분은 비점착된다. 상기 점착 길이(L1)는, 상기 아라미드섬유층(20)의 길이인 상기 설정 길이(L2)에 비례하게 설정된다. 또한, 상기 점착 길이(L1)는 상기 핸드부(4)의 진동 전달률에 따라 다르게 설정될 수 있다. 예를 들어, 상기 핸드부(4)의 진동 전달률이 높을수록 상기 점착 길이(L1)는 짧게 설정할 수 있다. 즉, 상기 아라미드섬유층(20)과 상기 탄소섬유층(10)사이에는 서로 점착된 점착부(30)와, 서로 점착되지 않아 소정의 간극(d)을 형성하는 비점착부(31)가 형성된다. 상기 비점착부(31)에서는 상기 아라미드섬유층(20)과 상기 탄소섬유층(10)이 서로 미끄러짐이 발생되어 쿨롱감쇠원리에 의한 진동 감쇠 효과를 얻을 수 있다.

상기 아라미드섬유층(20)과 상기 탄소섬유층(10)은 에폭시 본드 등의 점착제를 사용하여 점착시킬 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 에폭시 본드 이외에 점착제를 사용하는 것도 가능하고, 상기 점착부(30)에 볼트 등을 체결하여 보다 견고하게 결합시키는 것도 가능하다.

상기 아라미드섬유층(20)은, 복수의 아라미드섬유플라이들을 상하방향(Z)으로 적층하여 형성된다. 상기 복수의 아라미드섬유플라이들은 각각 복수의 아라미드 섬유들(20a)이 제2매트릭스(20b)에 함침된 프리프레그이다. 상기 제2매트릭스(20b)는 고분자 수지로 이루어진다. 상기 아라미드섬유플라이들에는 아라미드섬유(20a) 이외에 필러(미도시)등이 포함되는 것도 가능하며, 각 아라미드섬유플라이들에 포함된 필러들은 서로 기능이 동일한 것이 사용되는 것도 가능하고, 서로 다른 기능을 갖는 것들이 사용되는 것도 가능하다. 상기 아라미드섬유플라이들에 포함된 아라미드섬유들(20a)은 상기 핸드부(4)의 길이방향으로 연속적으로 길게 배치된다. 즉, 상기 아라미드섬유플라이들에서 각각 아라미드섬유들(20a)의 배열방향은 서로 동일하고, 상기 배열방향은 상기 길이방향(Y)과 평행하거나 동일하다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 복수의 아라미드섬유플라이들에 포함된 각 아라미드섬유들(20a)의 배열방향이 서로 다른 것도 가능하고, 상기 길이방향(Y)에 대해 서로 소정각도로 경사지게 배치되는 것도 물론 가능하다. 이 때, 상기 복수의 아라미드섬유플라이들 중 적어도 하나의 플라이(Ply)는 상기 아라미드섬유가 상기 핸드부(4)의 길이방향(Y)으로 길게 배치되는 것이 바람직하다. 상기 아라미드섬유(20a)는 일방향 섬유 뿐만아니라 직조된 직물 아라미드 섬유가 사용되는 것도 가능하다. 상기 아라미드섬유층(20)의 두께는 상기 핸드부(4)의 두께의 약 10%이다. 예를 들어, 상기 핸드부(4)의 두께는 약 3mm이면, 상기 아라미드섬유층(20)의 두께는 약 0.3mm로 설정될 수 있다.

상기 탄소섬유층(10)의 제1매트릭스(10b)와 상기 아라미드섬유층(20)의 제2매트릭스(20b)는 서로 동일한 것이 사용되어, 상호간의 접착력을 향상시킬 수 있다. 상기 고분자 수지는 에폭시가 사용되는 것으로 예를 들어 설명하나, 에폭시 이외의 다른 수지가 사용되는 것도 물론 가능하다.

본 실시예에서는, 상기 탄소섬유층(10)과 상기 아라미드섬유층(20)이 각각 한 층씩으로 이루어진 것으로 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 상기 탄소섬유층(10)과 상기 아라미드섬유층(20)이 각각 복수개씩 적층되거나, 상기 탄소섬유층(10)과 상기 아라미드섬유층(20)이 순서대로 복수회 반복되어 적층되는 것도 물론 가능하다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 핸드부의 제조방법을 설명하면, 다음과 같다.

먼저, 복수의 상기 탄소섬유플라이들을 상하방향(Z)으로 적층한다. 이때, 상기 탄소섬유플라이들의 개수는 상기 핸드부(4)의 용도나 강성 등을 고려하여 설정된다. 상기 탄소섬유플라이들에 포함된 탄소섬유들(10a)은 상기 핸드부(4)의 길이방향을 따라 길게 연속적으로 배열되도록 한다. 즉, 상기 탄소섬유들(10a)은 절단 없이 상기 핸드부(4)의 길이방향을 따라 길게 배치된다. 또한, 상기 탄소섬유플라이들의 각 탄소섬유들(10a)은 상기 길이방향(Y)에 평행한 방향으로 배열된 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 탄소섬유플라이들 중 적어도 하나의 플라이는 상기 탄소섬유(10a)가 상기 핸드부(4)의 길이방향(Y)에 평행하게 배열되도록 하고, 나머지 플라이들은 상기 탄소섬유(10a)가 상기 길이방향(Y)에 소정의 각도로 경사지게 배열되는 것도 가능하다.

이후, 상기 복수의 탄소섬유플라이들을 가열 및 가압하여 수지를 경화시켜, 상기 탄소섬유층(10)을 형성한다.

또한, 상기 복수의 아라미드섬유플라이들을 상하방향(Z)으로 적층한 후, 가열 및 가압하여 수지를 경화시켜, 상기 아라미드섬유층(20)을 형성한다. 이 때, 상기 아라미드섬유층(20)의 길이는, 상기 탄소섬유층(10)보다 짧은 상기 설정 길이(L2)로 이루어진다. 여기서, 상기 아라미드섬유플라이들의 개수는 상기 핸드부(4)의 용도, 강성 및 진동 전달률 등을 고려하여 설정될 수 있다. 상기 아라미드섬유플라이들에 포함된 아라미드섬유들(20a)은 상기 핸드부(4)의 길이방향을 따라 길게 연속적으로 배열되도록 한다. 즉, 상기 아라미드섬유(20a)가 상기 핸드부(4)의 길이방향을 따라 절단 없이 길게 배치된다. 또한, 상기 아라미드섬유플라이들의 각 아라미드섬유들(20a)은 상기 길이방향(Y)에 평행한 방향으로 배열된 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 아라미드섬유플라이들 중 적어도 하나의 플라이는 상기 아라미드섬유(20a)가 상기 핸드부(4)의 길이방향(Y)에 평행하게 배열되도록 하고, 나머지 플라이들은 상기 아라미드섬유(20a)가 상기 길이방향(Y)에 소정의 각도로 경사지게 배열되는 것도 가능하다.

이후, 상기 탄소섬유층(10)의 상면 중에서 상기 고정단(4a)측에만 상기 아라미드섬유층(20)을 적층한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 탄소섬유층(10)의 하면에 상기 아라미드섬유층(20)을 적층하는 것도 물론 가능하다. 상기 아라미드섬유층(20)의 길이는 상기 설정 길이(L2)로 설정되어 제조되기 때문에, 상기 아라미드섬유층(20)은 상기 탄소섬유층(10)에서 상기 고정단(4a)측에만 배치된다.

이후, 상기 탄소섬유층(10)과 상기 아라미드섬유층(20)을 점착시킨다. 이 때, 상기 탄소섬유층(10)과 상기 아라미드섬유층(20)은 상기 고정단(4a)측만 서로 점착되고, 나머지 부분은 점착시키지 않는다. 즉, 상기 탄소섬유층(10)과 상기 아라미드섬유층(20)은 상기 점착 길이(L1)만큼만 점착된다. 따라서, 상기 탄소섬유층(10)과 상기 아라미드섬유층(20)사이에는 상하방향으로 소정의 간극(d)이 형성되어 상기 비점착부(31)를 형성한다.

한편, 본 실시예에서는, 상기 탄소섬유층(10)과 상기 아라미드섬유층(20)을 각각 가열 및 가압하여 성형한 후, 서로 점착시키는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 상기 탄소섬유플라이들과 상기 아라미드섬유플라이들을 적층한 후 상기 비점착부(31)를 제외한 나머지 부분들을 가열 및 가압하여 성형하는 것도 물론 가능하다.

상기와 같이 구성된 로봇 핸드의 핸드부(4)에서 진동 발생시 상기 탄소섬유층(10)과 상기 아라미드섬유층(20)사이의 비점착부(31)에서 미끄러짐이 발생되어, 쿨롱감쇠원리에 의해 진동이 감쇠될 수 있다.

상기 아라미드섬유층(20)의 강성은 약 40GPa이고, 상기 탄소섬유층(10)의 강성은 약 350GPa이다. 상기 아라미드섬유층(20)의 강성은 상기 탄소섬유층(10)의 강성보다는 낮으나, 폴리머나 고무 등의 수지만으로 이루어진 수지층들의 강성보다는 높다. 상기 수지층들의 강성은 약 1 내지 5GPa이다.

또한, 상기 아라미드섬유층(20)는 진동감쇠물성이 상기 탄소섬유층(10)보다 높기 때문에, 상기 아라미드섬유층(20)이 진동을 저감시킬 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

4: 핸드부 10: 탄소섬유층
20: 아라미드섬유층 30: 점착부
31: 비점착부

Claims

일측이 고정되는 고정단과, 상기 고정단에서 돌출 연장되는 자유단을 포함하는 고감쇠 로봇 핸드에 있어서,
제1탄소섬유들이 제1매트릭스에 함침된 탄소섬유층과;
상기 탄소섬유층에서 상기 고정단으로부터 상기 자유단을 향한 방향으로 미리 설정된 설정 길이에 해당하는 일부분에 적층되되, 상기 고정단측으로부터 상기 자유단을 향한 방향으로 미리 설정된 점착 길이에 해당하는 부분은 상기 탄소섬유층에 점착되어 고정되고, 나머지 부분은 상기 탄소섬유층에 비점착되어 상기 탄소섬유층과의 사이에 소정의 간극을 형성하는 비점착부를 형성하여, 진동 발생시 상기 비점착부에서 미끄러지면서 진동을 감쇠시키는 보강층을 포함하는 고감쇠 로봇 핸드.
청구항 1에 있어서,
상기 보강층은,
제2탄소섬유와 아라미드섬유 중 적어도 하나가 제2매트릭스에 함침된 고감쇠 로봇 핸드.
청구항 1에 있어서,
상기 탄소섬유층은,
상기 고감쇠 로봇 핸드의 길이방향으로 상기 제1탄소섬유들이 연속적으로 길게 배치되는 고감쇠 로봇 핸드.
청구항 2에 있어서,
상기 보강층은,
상기 고감쇠 로봇 핸드의 길이방향으로 상기 아라미드섬유들이 연속적으로 길게 배치되는 아라미드섬유층인 고감쇠 로봇 핸드.
청구항 2에 있어서,
상기 보강층은,
상기 제2탄소섬유와 상기 아라미드섬유들이 혼합된 혼합섬유 플라이들이 적층된 혼합섬유층이고,
상기 고감쇠 로봇 핸드의 길이방향으로 상기 제2탄소섬유들과 상기 아라미드섬유들이 연속적으로 길게 배치되는 혼합섬유층인 고감쇠 로봇 핸드.
청구항 2에 있어서,
상기 보강층은,
상기 고감쇠 로봇 핸드의 길이방향으로 상기 제2탄소섬유들이 연속적으로 길게 배치되는 제2탄소섬유층인 고감쇠 로봇 핸드.
청구항 2에 있어서,
상기 보강층은,
상기 탄소섬유층에서 상기 고감쇠 로봇 핸드의 길이방향을 따라 서로 소정간격 이격된 위치에 복수개가 구비되고,
상기 복수의 보강층들은 각각 상기 탄소섬유층에 적어도 일부분만인 점착되는 고감쇠 로봇 핸드.
청구항 1에 있어서,
상기 보강층의 길이는, 상기 고감쇠 로봇 핸드의 강성에 비례하게 설정되는 고감쇠 로봇 핸드.
청구항 1에 있어서,
상기 보강층이 점착되는 부분의 길이는, 상기 보강층의 길이, 상기 고감쇠 로봇 핸드의 강성 및 상기 고감쇠 로봇 핸드의 진동 전달률 중 적어도 하나에 따라 설정되는 고감쇠 로봇 핸드.