KR101751209B1 - 그립퍼 자동 교환 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 퀵 커플링 방식으로 쉽고 신속하게 그립퍼를 교체할 수 있게 하고, 특히 그립퍼를 교체하는 것만으로 소재를 잡을 수 있게 유체 통로가 함께 연결되게 구성하므로, 이처럼 그립퍼 교체 동작 과정에서 유체 통로의 연결도 동시에 이루어지므로 이를 자동화하여 교체 작업에 따른 작업 시간을 줄이면서도 정확하고 신속하게 그립퍼를 교체할 수 있게 한 그립퍼 자동 교환 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 로봇 암에 장착한 제1 커플링과 그립퍼에 장착한 제2 커플링을 서로 마주 보게 하고 어느 하나를 움직이게 구성하여 조립과 분리할 수 있게 구성하므로, 구조가 간단하면서도 그립퍼를 쉽고 신속하게 교환하여 작업할 수 있게 한 그립퍼 자동 교환 장치를 제공하는 데 다른 목적이 있다.
그리고, 본 발명은 거치대에 그립퍼를 거치하여 로봇 암이 움직이면서 결합과 분리할 수 있게 구성하거나, 로봇 암의 위치를 고정하고 그립퍼를 움직이게 하여 결합과 분리가 이루어질 수 있게 거치대를 구성하므로, 그립퍼의 중량 등을 고려하여 편리한 방법으로 정확하게 그립퍼를 교체할 수 있게 한 그립퍼 자동 교환 장치를 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.

Description

그립퍼 자동 교환 장치{APARATUS FOR AUTOMATICALLY REPLACING GRIPPER}

본 발명은 그립퍼 자동 교환 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 거치대에 걸려 있는 그립퍼와 이 그립퍼에 연결하는 로봇 암 끝에 각각 퀵 커플링 방식으로 연결과 분리할 수 있게 구성하고, 특히 로봇 암이 움직이거나 그립퍼가 움직임에 따라 쉽게 연결과 분리할 수 있을 뿐만 아니라 가공 대상물(소재)을 집을 수 있게 유체 통로를 제공함으로써, 구조가 간단하면서도 거치대에 걸쳐진 그립퍼를 로봇 암이 자동으로 교환하여 작업을 수행할 수 있게 한 것이다.

일반적으로 다관절 로봇(Articulated Robot)은 조정기에서 적어도 3자유도를 세 개 또는 그 이상의 회전 운동 기구를 결합하여 사람의 어깨나 팔꿈치 또는 손목과 같은 관절을 갖게 하여 작업 위치를 조절하여 작업하는 로봇을 말한다. 이러한 다관절 로봇은 설치 공간이 넓지 않고 동작 범위가 넓으며 행동이 신속하여 조립 작업과 용접 작업 등에 많이 사용한다.

한편, 이러한 다관절 로봇은 산업 분야뿐만 아니라 의료 등 다양한 분야에서 사용하고 있으며, 특히 적용 분야에서 사용하는 공구(툴 또는 그립퍼 등)를 쉽게 교체하여 사용할 수 있게 제작한다. 특허문헌 1 내지 특허문헌 4에는 이러한 교체 기술에 관한 기술이 개시되어 있다.

(특허문헌 1) 한국등록특허 제0749579호 (등록일 : 2007.08.08)

저렴한 제조비용으로 여러 가지 기능을 수행하는 이동로봇을 제공할 수 있는 교환가능한 복수의 작업모듈을 갖는 이동로봇 시스템에 관한 것이다. 상기 이동로봇 시스템은 각각 다른 작업을 수행하는 복수의 작업모듈과, 복수의 작업모듈을 고정하는 모듈 스테이션, 및 수행할 작업에 따라 모듈 스테이션으로부터 복수의 작업모듈 중의 하나를 선택하여 결합하고 스스로 주행하며 작업을 수행하는 이동로봇을 포함한다.

(특허문헌 2) 한국등록특허 제1092748호 (등록일 : 2011.12.05)

나이프세트의 교환작업을 기계적으로 자동화할 수 있어 효율적인 교환작업을 가능하게 하면서 안전사고의 우려를 배제할 수 있도록 한 것으로서, 슬리터 머신을 구성하는 슬리터 샤프트의 축 방향의 연장선상의 공간에 교환하고자 하는 다수개의 나이프세트를 여러 단으로 보관할 수 있도록 설치하는 선반과, 상기 선반과 슬리터 샤프트의 축 방향 연장선상에 설치하는 이송레일과, 상기 이송레일에 설치하여 선반과 슬리터 샤프트 사이를 왕복하는 교환 대차와, 상기 선반에 설치하여 신규 스페이서와 슬리트 나이프를 교환 대차에 장착하도록 하는 다관절로봇을 포함하여, 상기 다관절로봇에 의하여 신규 나이프세트를 장착한 교환 대차가 슬리터 머신으로 이동하여 슬리터 샤프트에 삽입된 교환 나이프세트를 교환 대차로 인계받고, 교환 대차의 신규 나이프세트를 슬리터 샤프트로 인계하는 동작을 반복하여 이루어지는 것이 특징이다.

(특허문헌 3) 한국등록특허 제1247560호 (등록일 : (2013.03.19)

소재 이송로봇의 그리퍼 자동교체장치에 관한 것으로, 자동 제어에 의해 소재의 이송 및 공급이 이루어지는 프레스 공정에서 성형 소재의 크기 및 형상에 따라 그에 상응하는 흡착 패드가 구비된 그리퍼를 선택하여 이송로봇에 의해 자동으로 교체할 수 있는 소재 이송로봇의 그리퍼 자동교체장치에 관한 것이다. 그 구성은, 지면으로부터 일정 높이를 갖도록 설치되는 테이블과; 상기 테이블의 한쪽에 설치되어 공압을 발생하는 공압 발생수단과; 상기 테이블의 상부에 일정 간격을 두고 이격 설치되며, 상기 공압 발생수단에 의해 제공되는 공압의 공급 및 차단에 따라 승강 작동되는 작동체와 함께 작동되어 그리퍼 암을 자동으로 잠금 또는 해제시키는 복수 개의 록킹 유닛과; 상기 공압 발생수단의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

(특허문헌 4) 한국등록특허 제1549847호 (등록일 : 2015.08.28)

의료용 로봇에 관한 것으로, 각기 독립적으로 구동되는 구동축을 갖는 복수의 구동 암이 로봇 베이스로부터 순차적으로 연결되고, 구동 암 중 마지막에 배치되는 엔드 암에 일단에 툴이 장착되는 로봇에 있어서, 상기 엔드 암은, 구동 암에 회전 가능하게 연결된 메인 프레임 및 메인 프레임 내측에 설치된 동력 출력 수단을 갖는 메인 구동부와, 상기 메인 구동부의 메인 프레임에 결합이 되는 연장 프레임, 연장 프레임의 일단에 마련되어 툴이 장착되는 툴 장착 샤프트 및 전술한 동력 출력 수단의 동력을 툴 장착 샤프트로 전달하는 동력 전달 수단을 갖는 연장 구동부로 이루어지며, 상기 연장 구동부는 상기 연장 프레임이 상기 메인 구동부의 메인 프레임에 체결볼트로 결합이 됨에 따라 상기 메인 구동부와 분리 가능하게 결합이 되는 것을 특징으로 하면서, 메인 구동부와 연장 구동부를 간편하게 분리하여 교체할 수 있는 구조가 마련된 교체가 용이한 의료용 로봇에 관한 것이다.

한편, 강판과 같이 진공을 이용하여 소재를 이송하는 로봇(R)의 경우, [도 1]과 같이, 소재를 고정하기 위한 그립퍼(G)가 필요하다. 그리고, 그립퍼(G)에는 소재를 흡착하기 위해 적어도 2개의 흡착 패드(P)가 필요하다. 하지만, 이처럼 흡착 방식으로 소재를 운반하는 로봇(R)은 그립퍼(G)를 교체할 때 다음과 같은 문제가 발생한다.

(1) 흡착 패드가 소재를 고정하기 위해서는 이 흡착 패드와 소재 사이에 진공 압력이 생겨야 한다. 이는, 로봇이 소재를 이송하는 작업을 하기 위해서는 로봇에 그립퍼와 연결하여 흡착 패드와 연결해야 하는 연결 라인(C)이 필요하다.

(2) 이는, 그립퍼를 교환하기 위해서는 그립퍼와 더불어서 연결 라인도 함께 분리하여 교체해야 하므로, 그립퍼와 연결 라인을 한꺼번에 교체할 수 없어 작업자의 수작업으로 작업이 이루어졌을 뿐만 아니라 자동화하는 데도 어려움이 있었다.

(3) 또한, 이처럼 그립퍼와 유체 공급관을 수작업으로 교환하다 보면, 작업자가 집중도가 떨어지는 등 실수로 유체 공급관의 연결을 잊어버려 그립퍼가 제 기능을 할 수 없어 조립 작업을 지연시키는 한 가지 요인으로 작용한다.

(4) 그리고, 그립퍼의 크기가 큰 경우, 즉 소재가 커서 한 명의 작업자가 혼자서 그립퍼를 분리하거나 결합하지 못할 때는 두 명 또는 그 이상의 작업자가 그립퍼 교환 작업을 수행해야 하므로 교환 작업이 길어질 뿐만 아니라 작업효율이 떨어진다.

(5) 이처럼 기존 그립퍼 교환 장치는 로봇 암과 그립퍼의 연결과 유체 공급을 위한 유로 연결이 동시에 이루어져야 하므로, 이를 구현하는 데 어려움이 있어 자동화하는 데 한계가 있다.

한국등록특허 제0749579호 (등록일 : 2007.08.08) 한국등록특허 제1092748호 (등록일 : 2011.12.05) 한국등록특허 제1247560호 (등록일 : (2013.03.19) 한국등록특허 제1549847호 (등록일 : 2015.08.28)

본 발명은 이러한 점을 고려한 것으로, 퀵 커플링 방식으로 쉽고 신속하게 그립퍼를 교체할 수 있게 하고, 특히 그립퍼를 교체하는 것만으로 소재를 잡을 수 있게 유체 통로가 함께 연결되게 구성하므로, 이처럼 그립퍼 교체 동작 과정에서 유체 통로의 연결도 동시에 이루어지므로 이를 자동화하여 교체 작업에 따른 작업 시간을 줄이면서도 정확하고 신속하게 그립퍼를 교체할 수 있게 한 그립퍼 자동 교환 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 로봇 암에 장착한 제1 커플링과 그립퍼에 장착한 제2 커플링을 서로 마주 보게 하고 어느 하나를 움직이게 구성하여 조립과 분리할 수 있게 구성하므로, 구조가 간단하면서도 그립퍼를 쉽고 신속하게 교환하여 작업할 수 있게 한 그립퍼 자동 교환 장치를 제공하는 데 다른 목적이 있다.

그리고, 본 발명은 거치대에 그립퍼를 거치하여 로봇 암이 움직이면서 결합과 분리할 수 있게 구성하거나, 로봇 암의 위치를 고정하고 그립퍼를 움직이게 하여 결합과 분리가 이루어질 수 있게 거치대를 구성하므로, 그립퍼의 중량 등을 고려하여 편리한 방법으로 정확하게 그립퍼를 교체할 수 있게 한 그립퍼 자동 교환 장치를 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 그립퍼 자동 교환 장치는, 진공을 이용하여 소재를 흡착하기 위해 흡착 패드(P)를 갖추고 거치대에 거치된 그립퍼의 교환 장치에 있어서, 로봇 암(A)에 장착한 제1 커플링(100)과 그립퍼(G)에 장착하여 상기 제1 커플링(100)에 장착과 분리할 수 있게 구성한 제2 커플링(200)을 포함하되;, 상기 제1 커플링(100)은, 중공으로 이루어진 로봇 암(A)의 끝에 끼워서 장착하고 그 길이 방향으로 제2 커플링(200)의 간섭 부재(220)가 밀면 유체가 통과할 수 있게 구성한 어댑터(110), 상기 로봇 암(A)의 외주에 그 길이 방향으로 움직이며 양단이 안쪽으로 꺾여 제1 및 제2 플랜지(121, 122)가 형성된 실린더 형상의 슬라이더(120), 제1 및 제2 플랜지(121, 122) 사이에 위치하도록 상기 로봇 암(A) 외주에 돌출 성형한 지지 돌기(B)와 로봇 암(A)의 바깥으로 돌출하는 제1 플랜지(121)에 양단이 지지가 되어 슬라이더(120)를 로봇 암(A)의 끝단 바깥으로 밀어주는 탄성 스프링(130), 및 상기 로봇 암(A)의 외주, 지지 돌기(B), 제2 플랜지(122) 그리고 슬라이더(120)로 둘러싸인 공간(141)에 외부 공기를 주입하여 그 크기를 변화시켜 탄성 스프링(130)을 강제로 압축시켜 주는 유체 공급관(140)을 포함하고;, 상기 제2 커플링(200)은, 그립퍼(G) 외주에 탄성 스프링(211)의 지지를 받아 일부가 바깥쪽으로 돌출되어 상기 제1 플랜지(121)가 그립퍼(G)의 외주에 밀착하여 그 길이 방향으로 따라 움직이면서 이 돌출된 부분을 누름에 따라 그립퍼(G) 안으로 수용되게 설치된 적어도 2개의 고정 볼(210), 중공의 그립퍼(G) 끝에 장착하며 제1 커플링(100)과 제2 커플링(200)이 결합함에 따라 상기 어댑터(110)를 눌러 로봇 암(A)과 그립퍼(G) 사이에서 유체가 통과할 수 있게 하는 간섭 부재(220), 및 상기 그립퍼(G)의 중공 부분과 흡착 패드(P)를 연결하는 연결관(230)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 어댑터(110)는, 유체가 관통할 수 있게 유로(111a)를 갖추되, 이 유로(111a)의 한쪽 가장자리에서 안으로 단턱(114a)을 형성한 본체(111);, 상기 단턱(114a)을 형성한 유로(111a)의 한쪽에서 이 유로(111a) 안으로 돌출 형성하되, 상기 유로(111a)의 안지름보다 작은 크기로 이루어져서 본체(111) 안으로 들어온 유체를 안내하는 가이드(112); 외주가 상기 유로(111a)에 밀착하여 움직이면서 내주가 가이드(112)와 접하거나 떨어질 수 있게 구성한 작동 부재(113); 및 양단이 각각 상기 단턱(114a)과 상기 작동 부재(113) 사이에 장착하되, 상기 간섭 부재(220)가 작동 부재(113)를 누르면 이 작동 부재(113)가 접했던 가이드(112)에 떨어져서 작동 부재(113)와 본체(111) 사이가 개방되게 하고, 이 간섭 부재(220)의 누름이 해제되면 작동 부재(113)가 가이드(112)에 밀착하여 가이드(112)와 본체(111)의 유체 흐름을 막게 하게 하는 탄성 스프링(114);을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 어댑터(110)는,유체가 관통할 수 있게 유로(115a)를 형성하되, 이 유로(115a)의 한쪽이 좁아지게 형성한 본체(115);, 외주가 상기 유로(115a) 내주에 밀착하여 그 길이 방향으로 움직이고, 외주에는 유공(116a)을 관통 형성한 가이드(116); 상기 가이드(116)가 유로(115a)의 좁은 한쪽에 밀착하게 탄성력을 제공하여, 간섭 부재(220)가 가이드(116)를 밀면 유공(116a)을 통해 유로(115a)에 유체가 통과하여 흐르도록 연결하게 하는 탄성 스프링(117); 및 상기 유로(115a)의 다른 한쪽에 장착하여 탄성 스프링(117)을 지지하도록 본체(115)에 장착되며 링 형상으로 이루어진 고정 부재(118);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

마지막으로, 본 발명에 따른 그립퍼 자동 교환 장치는, 그립퍼(G)를 거치할 수 있도록 거치대(300)를 더 포함하고, 상기 거치대(300)는 제2 커플링(200)을 장착한 그립퍼(G)의 끝단이 로봇 암(A)의 끝을 향하여 돌출할 수 있게 이 거치대(300)에 장착한 실린더(311)의 로드에 설치한 지지 부재(310)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 그립퍼 자동 교환 장치는 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 그립퍼를 로봇 암에 연결하는 동작과 진공 압력을 형성하기 위한 관로 연결 동작을 동시에 수행할 수 있으므로, 그립퍼를 로봇 암에 직접 연결하는 효과를 얻을 수 있고, 이는 그립퍼를 자동으로 교환할 수 있게 구성할 수 있다.

(2) 특히, 그립퍼와 로봇 암의 끝을 맞춘 상태에서 그 길이 방향으로 진행하는 간단한 과정을 통해 그립퍼를 로봇 암에 고정할 수 있으므로, 퀵 커플링 방식으로 그립퍼를 로봇 암에 쉽고 신속하게 장착하거나 분리할 수 있다.

(3) 이는 그립퍼가 대형, 즉 크기가 큰 소재를 잡아주기 위한 그립퍼와 같이 그 크기가 큰 경우에도 작업자가 직접 그립퍼를 교환하지 않아도 되므로 안전할 뿐만 아니라 교체 작업을 쉽고 신속하게 수행할 수 있어 교체 작업효율을 높일 수 있다.

(4) 퀵 커플링 방식으로 구성하므로, 그립퍼와 로봇 암 사이의 연결 구조가 간단하고, 이에 연결 구조를 유지 보수하거나 교환하는 경우에도 쉽게 작업할 수 있다.

[도 1]은 종래 로봇 암에 그립퍼를 연결한 상태를 보여주기 위한 사시도.
[도 2]는 본 발명에 따른 그립퍼 자동 교환 장치의 전체 구성을 보여주기 위한 사시도.
[도 3]은 본 발명에 따른 그립퍼 자동 교환 장치를 구성하는 제1 커플링과 제2 커플링의 구조를 보여주기 위한 단면도.
[도 4]는 본 발명에 따른 어댑터의 내부 구성을 보여주기 위한 한 가지 실시예를 보여주는 단면도.
[도 5]는 본 발명에 따른 어댑터의 내부 구성을 보여주기 위한 다른 실시예를 보여주는 단면도.
[도 6] 내지 [도 8]은 본 발명에 따른 그립퍼 자동 교환 장치의 결합과 분해 상태를 설명하기 위한 단면도.
[도 9]는 본 발명에 따른 거치대에 그립퍼가 거치된 상태를 보여주는 사시도.
[도 10]은 본 발명에 따른 거치대에서 그립퍼를 위로 움직이게 하여 로봇 암에 조립하는 상태를 보여주는 사시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최고의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 따라 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형례가 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

(구성)

본 발명에 따른 그립퍼 자동 교환 장치는, [도 2] 내지 [도 8]과 같이, 로봇 암(A)에 장착하는 제1 커플링(100)과 그립퍼(G)에 장착하는 제2 커플링(200)을 포함하여 구성한다.

특히, 상기 제1 커플링(100)과 제2 커플링(200)은 서로 마주하는 방향으로 놓이게 하고 어느 하나의 커플링을 마주 보는 방향으로 밀면 쉽게 결합하고, 압축 공기를 주입함에 따라 쉽게 분리할 수 있는 퀵 커플링 타입으로 구성하되, 로봇 암(A)과 그립퍼(G)의 결합 및 분리와 더불어 그립퍼(G)의 작동에 필요한 유로도 함께 연결과 분리할 수 있게 구성함으로써, 구조가 간단하면서도 쉽고 신속하게 자동으로 그립퍼(G)를 교환할 수 있게 한 것이다.

이하, 이러한 구성에 관하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다. 여기서, 그립퍼(G)는 진공 압력으로 동작하는 흡착 패드(P)를 이용하여 글라스나 강판 등과 같은 작업 소재를 흡착하여 원하는 곳으로 이동할 때 사용하는 통상의 도구를 말한다. 특히, 상기 흡착 패드(P)는 이런 소재와 밀착한 상태에서 미리 정한 유로를 통해 진공압이 만들어짐에 따라 소재를 밀착시켜 고정하는 데 사용하는 패드를 말한다.

제1 커플링(100)은, [도 2] 및 [도 3]과 같이, 로봇 암(A)의 끝에 장착한다. 여기서, 로봇 암(A)은 조립 공정이나 용접 공정과 같이 미리 정해진 위치로 소재를 이송하여 정해진 작업을 수행하는 로봇에서 실제 작업을 수행하는 통상의 기술로 제작한 암을 말한다. 여기서, 제1 커플링(100)은, 어댑터(110), 슬라이더(120), 탄성 스프링(130), 유체 공급관(140)을 포함한다.

상기 어댑터(110)는, [도 3]과 같이, 중공으로 이루어진 로봇 암(A)의 내부에 장착하여 후술할 제2 커플링(200)이 연결됨에 따라 로봇 암(A)의 내부와 그립퍼(G) 내부를 서로 통하게 연결하고, 제1 커플링(100)에서 제2 커플링(200)이 분리됨에 따라 유체 흐름을 차단하는 일종의 밸브 역할을 담당한다. 이러한 어댑터(110)는 커플링을 연결함에 따라 커플링 사이에 유로 흐름이 가능하게 하고, 커플링을 분리함에 따라 유로 흐름을 차단하는 통상의 기술로 이루어진 어댑터를 사용할 수 있다. 본 발명에서는, 아래의 [사용예 1] 및 [사용예 2]와 같은 어댑터를 적용할 수 있다.

<어댑터의 [ 사용예 1]>

본 발명의 [사용예 1]에 따른 어댑터(110)는, [도 4]와 같이, 유로(115a)가 관통 형성된 본체(115), 본체(115) 내에 설치한 가이드(116), 가이드(116)를 탄성 지지하여 유로(115a)가 여닫히게 하는 탄성 스프링(117)과 고정 부재(118)를 포함한다.

본체(115)는 관통 형성한 유로(115a)의 한쪽 끝을 좁게 형성하여 후술할 가이드(116)가 밀착하여 움직임에 따라 유체 흐름을 차단할 수 있게 구성한다. 또한, 외주에는 적어도 하나의 실링(S)을 갖춰 어댑터(110)를 로봇 암(A)에 장착하였을 때 유체가 새는 것을 방지한다. 도면에서는 2개의 실링(S)을 장착한 예를 보여준다.

가이드(116)는, [도 4]와 같이, 본체(115)에 형성한 유로(115a)를 따라 그 길이 방향으로 움직일 수 있게 설치한다. 이때, 가이드(116)는 외주에 실링(S')을 갖춰 가이드(116)가 유로(115a)의 지름이 작은 한쪽에 맞닿음에 따라 본체(115)와 가이드(116) 틈새로 유체가 새지 않게 구성한다. 또한, 상기 가이드(116)에는 본체(115)와의 사이에 유체 흐름이 가능하도록 유공(116a)을 형성하여 가이드(116)가 안지름이 작은 본체(115) 유로(115a)의 한쪽에서 떨어지면 유체가 흐를 수 있게 통로를 구성한다.

탄성 스프링(117)은, [도 4]와 같이, 항상 상술한 가이드(116)를 탄성 지지하여 이 가이드(116)가 유로(115a)의 작은 지름을 가진 끝과 밀착하게 한다. 이때, 탄성 스프링(117)은 본체(115)의 유로(115a) 안에 장착한다.

고정 부재(118)는, [도 4]와 같이, 가이드(116)를 지지하는 탄성 스프링(117)의 다른 한쪽을 지지할 수 있게 본체(115)에 장착한다. 이때, 고정 부재(118)는 링 형상으로 제작하여 그 중앙으로 유체 유동을 할 수 있게 구성한다. [도 4]에서 미설명 부호 "118'"는 고정 부재(118)가 본체(115)에 형성한 유로(115a)에서 빠지지 않게 고정하기 위한 스냅 링과 같은 고정 링을 나타낸다.

이상과 같이 이루어진 어댑터(110)는, [도 4(a)]와 같이 간섭 부재의 간섭이 없는 경우, 탄성 스프링(117)의 탄성 지지를 받는 가이드(116)가 본체(115)에 형성한 유로(115a)를 막아 유체 흐름을 차단한다. 한편, 상기 어댑터(110)는, [도 4(b)]에서 가는 화살표로 표시한 바와 같이 후술할 간섭 부재(220)가 가이드(116)를 유로(115a) 안으로 밀어 올림에 따라 본체(115)와 가이드(116) 사이로 틈새가 생기고, 이 틈을 통해 진한 화살표로 표시한 바와 같이 유체가 본체(115)를 통과하여 유동할 수 있게 된다.

<어댑터의 [ 사용예 2]>

본 발명의 [사용예 2]에 따른 어댑터(110')는, [도 5]와 같이, 본체(111), 가이드(112), 작동 부재(113), 그리고 탄성 스프링(114)을 포함한다.

본체(111)는, [도 5]와 같이, 유체가 유동할 수 있게 유로(111a)를 형성한다. 이때, 유로(111a)는 한쪽에 단턱(114a)을 형성하여 후술할 탄성 스프링(114)의 한쪽 끝을 지지할 수 있게 형성한다. 또한, 외주에는 적어도 하나의 실링(S)을 갖춰 어댑터(110')를 로봇 암(A)에 장착하였을 때 유체가 새는 것을 방지한다. 도면에서는 2개의 실링(S)을 장착한 예를 보여준다.

가이드(112)는, [도 5]와 같이, 상기 본체(111)에 형성한 유로(111a) 안으로 돌출하며 그 안지름보다 작은 크기로 이루어지되, 이 본체(111)의 내벽과 가이드(112) 외주 사이로 유체 흐름이 본체(111)를 통과할 수 있게 본체(111)에 형성한다. 이때, 상기 가이드(112)는 단턱(114a) 부분에서 유로(111a) 안으로 돌출하여 유체가 관통하여 지날 수 있게 형성한 부분에 구성한다. 또한, 상기 가이드(112)는 유로(111a) 안으로 돌출한 끝단을 넓게 형성하여 후술할 작동 부재(113)의 접촉이 쉽게 이루어질 수 있게 구성하는 것이 바람직하다.

작동 부재(113)는, [도 5]와 같이, 유로(111a)와 밀착하여 슬라이딩하고, 특히 상술한 가이드(112)와 밀착하거나 떨어지면서 그 사이로 유체 흐름이 이루어질 수 있게 구성한다. 이러한 작동 부재(113)는 본체(111) 및 가이드(112)와의 사이에 각각 실링(S') 처리하여 기밀 유지를 할 수 있게 구성한다.

탄성 스프링(114)은, [도 5]와 같이, 한쪽이 상술한 본체(111)에 형성한 유로(111a)의 단턱(114a)에 걸리고 다른 한쪽이 작동 부재(113)를 탄성 지지하여, 이 작동 부재(113)가 가이드(112) 끝에 접하여 유체 흐름을 차단할 수 있게 장착한다.

이처럼 이루어진 어댑터(110')는, [도 5(a)]와 같이, 후술할 제2 커플링의 간섭 부재가 작동 부재(113)를 밀지 않으면, 탄성 스프링(114)의 탄성 지지를 받는 작동 부재(113)가 본체(111) 내부와 가이드(112) 외주에 밀착하여 유체 흐름을 차단한다. 하지만, [도 5(b)]와 같이, 작동 부재(113)가 가는 화살표와 같이 실린더 형상의 간섭 부재의 간섭을 받아 위로 움직임에 따라, 작동 부재(113)와 가이드(112) 사이로 유체 흐름이 이루어진다.

한편, 슬라이더(120)는, [도 3]과 같이, 로봇 암(A) 끝의 외주에 끼워져서 길이 방향으로 슬라이딩할 수 있게 장착한다. 이때, 슬라이더(120)는 미리 정한 두께를 가진 실린더 형상으로 제작하며, 양쪽 끝은 안쪽으로 꺾인 형상이 되게 두 개의 제1 및 제2 플랜지(121, 122)를 형성한다.

이러한 슬라이더(120)는, [도 3]과 같이, 로봇 암(A)의 외주에 형성한 지지 돌기(B)를 기준으로 양쪽에 각각 제1 및 제2 플랜지(121, 122)가 위치하도록 로봇 암(A)에 장착한다. 이때, 지지 돌기(B)는 로봇 암(A)에 일체로 형성할 수도 있으나, 체결이나 압입과 같은 방식으로 로봇 암(A)에 끼워서 설치할 수 있게 구성하는 것이 좋다. 또한, 바깥쪽으로 돌출한 제1 플랜지(121)는 로봇 암(A)의 끝단보다 바깥쪽으로 돌출할 수 있게 하여 후술할 고정 볼(210)과 간섭을 일으킬 수 있게 한다.

탄성 스프링(130)은, [도 3]과 같이, 상술한 지지 돌기(B)와 슬라이더(120)의 바깥쪽으로 돌출한 제1 플랜지(121) 사이에 장착한다. 이는, [도 3] 및 [도 6]과 같이, 슬라이더(120)가 탄성 지지를 받음에 따라 제1 플랜지(121) 부분이 앞으로 돌출되고, [도 6]과 같이 슬라이더(120)가 그립퍼(G)에 끼워짐에 따라 이 제1 플랜지(121)가 후술할 고정 볼(210)을 누르면서 [도 7]과 같이 걸림 작용이 이루어질 수 있게 하기 위한 것이다.

이러한 탄성 스프링(130)은 슬라이더(120)의 안지름 크기를 가진 하나의 스프링을 이용하는 것이 바람직하다.

유체 공급관(140)은, [도 2] 및 [도 3]과 같이, 상술한 지지 돌기(B)와 제2 플랜지(122) 사이에 형성된 공간(141)에 유체를 공급할 수 있게 연결한다. 이는, [도 7]를 참조하여 설명한 바와 같이 슬라이더(120)가 고정 볼(210)에 걸려 고정된 상태에서, 이 공간(141)에 공기와 같은 유체를 주입하여 그 체적이 넓어짐에 따라, 유체의 압력이 탄성 스프링(130)의 탄성력을 이기면서 제1 플랜지(121)가 고정 볼(210)을 누르면서 결합이 분리될 수 있게 하기 위한 것이다.

이러한 유체 공급관(140)은 이처럼 제1 커플링(100)과 제2 커플링(200)을 분리할 때 사용하는 구성으로, 로봇 암(A)에 압축기 등을 추가하거나 그 주변에 작업을 방해하지 않도록 배치한 압축기를 이용하여 필요한 작동 유체를 공급받을 수 있게 구성하는 것이 좋다. 또한, 이러한 압축기는 별도의 제어기를 통해 제어할 수도 있으나, 로봇 암(A)을 제어하는 제어기를 통해 통합적으로 제어가 이루어질 수 있게 구성하는 것이 바람직하다.

여기서, 작동 유체를 공기를 예로 들어서 설명하고 있으나, 유압 실린더 등에 사용하는 오일 등도 사용할 수 있음을 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.

제2 커플링(200)은, [도 3]과, 같이, 슬라이더(120)를 고정하거나 해제하기 위한 고정 볼(210), 상기 어댑터(110, 110')와 간섭을 일으켜서 유체 유동을 할 수 있게 하는 간섭 부재(220), 그리고 그립퍼(G)와 흡착 패드(P) 사이를 연결하는 연결관(230)을 포함한다.

고정 볼(210)은, [도 3] 및 [도 6]과 같이, 탄성 스프링(211)의 탄성 지지를 받아 그립퍼(G)에서 일부가 돌출할 수 있게 장착한다. 이때, 고정 볼(210)은 그립퍼의 외주에서 바깥으로 돌출되게 하여, [도 7] 및 [도 8]과 같이 그립퍼(G)에 끼워진 슬라이더(120)가 슬라이딩함에 따라 제1 플랜지(121)와 간섭을 받게 설치한다. 이때, 상기 고정 볼(210)은 제1 플랜지(121)의 간섭을 받으면 그립퍼(G)의 안쪽으로 눌리고, 간섭이 없어지면 탄성 스프링(211)의 탄성 지지로 다시 그립퍼(G) 바깥으로 돌출할 수 있게 장착한다. 이러한 고정 볼(210)은 그립퍼(G)의 외주 끝단 부분에 적어도 두 개를 구성하여 슬라이더(120)가 걸려서 로봇 암(A)이 안정적으로 그립퍼(G)를 집어서 필요한 작업을 수행할 수 있게 구성하는 것이 바람직하다.

간섭 부재(220)는, [도 3] 및 [도 6]과 같이, 중공으로 제작한 그립퍼(G)의 개방된 끝에 끼워서 고정한다. 특히, 간섭 부재(220)는 그립퍼(G)의 지름보다 작게 제작하여 바깥쪽으로 돌출되게 구성함으로써, [도 6]과 같이 그립퍼(G)와 로봇 암(A)을 결합할 때 이 간섭 부재(220)가 상술한 어댑터(110, 110')를 밀어 올리면서 유체 유동을 할 수 있게 구성한다. 예를 들어서, 간섭 부재(220)는 상술한 [도 4]의 가이드(116)보다 작은 지름으로 형성함으로써 이 간섭 부재(220)가 어댑터(110)의 가이드(116)를 눌러서 가이드(116)와 본체(111) 사이로 유체 흐름이 이루어지게 한다. 또한, 간섭 부재(220)는 상술한 [도 5]의 작동 부재(113)를 누를 수 있도록 실린더 형상으로 형성함으로써, 작동 부재(113)와 가이드(112) 사이로 유체 흐름이 간섭 부재(220)를 통해 유체 유동할 수 있게 구성할 수 있다. 마지막으로, 상기 간섭 부재(220)는 이처럼 어댑터(110, 110')를 통해 유동하는 유체가 그랩퍼(G)와 통할 수 있도록 실린더 형상 또는 원기둥 형상으로 형성하되 유로를 통해 유체 유동이 가능하게 구성하는 것이 바람직하다.

연결관(230)은, [도 2] 및 [도 3]과 같이, 중공의 그립퍼(G) 내부와 진공 패드(P)를 연결한다. 이는, 상술한 간섭 부재(220)가 어댑터(110)와 간섭하여 유체 유동이 이루어지게 되면, [도 7]과 같이, 흡착 패드(P) 측에 있는 공기를 로봇 암(A) 측으로 배출하게 하여 흡착 패드(P)가 작업 소재를 흡착할 수 있게 한다. 이러한 연결관(230)은 이처럼 진공 압력에 견딜 수 있는 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다.

이상과 같이 이루어진 본 발명에 따른 그립퍼 자동 교환 장치는, [도 2]와 같이, 거치대(300)에 제2 커플링(200)이 위로 향하게 한 다음, 로봇 암(A)을 제어하여 제1 커플링(100)을 이 제2 커플링(200)과 마주하게 한 다음, 로봇 암(A)을 제2 커플링(200)을 향하도록 길이 방향으로 움직이게 하면, 슬라이더(120)가 [도 6]과 같이 그립퍼(G)에 끼워지면서 플랜지(121)가 고정 볼(210)에 걸려 그립퍼(G)에 고정된다. 그리고, 이처럼 로봇 암(A)에 고정된 그립퍼(G)는, [도 8]과 같이 유체 공급관(140)을 통해 공간(141)에 유체를 공급하면 플랜지(121)가 고정 볼(210)을 가압하면서 그립퍼(G)에서 로봇 암(A)이 분리된다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상술한 거치대(300)의 구성에서, [도 9] 및 [도 10]과 같이, 실제 그립퍼(G)를 지지하는 지지 부재(310)가 동작하여 그립퍼(G)를 로봇 암(A)에 연결할 수 있게 구성하는 것이 바람직하다. 즉, 상술한 구성은 그립퍼(G)가 고정된 상태에서 로봇 암(A)이 움직이면서 제1 커플링(100)이 제2 커플링(200)에 끼워져서 조립하는 것을 설명하고 있다.

하지만, 이처럼 로봇 암(A)을 제어하여 그립퍼(G)를 조립하는 경우, 정밀 제어할 수 있는 것으로 알려진 로봇 암(A)의 경우에도 그립퍼(G)가 로봇 암(A)에 결합이 제대로 이루어지지 않을 수 있다. 이에, 로봇 암(A)의 장착 위치를 고정하고, 여기에 그립퍼(G)가 움직이면서 커플링 결합할 수 있게 구성함으로써, 신속하고 정확하게 로봇 암(A)에 그립퍼(G)를 커플링 결합이 되게 한 것이다.

이를 위하여, 상기 거치대(300)에는, [도 9] 및 [도 10]과 같이, 그립퍼(G)를 지지하는 지지 부재(310)가 거치대(300)에 장착한 실린더(311) 작동으로 화살표와 같이 위로 움직일 수 있게 구성한 것이다. 이에, 로봇 암(A)을 제2 커플링(200) 위에 위치하게 한 다음, 실린더(311)를 작동시켜 그립퍼(G)가 위로 올라가게 구성함으로써, 그립퍼(G)를 로봇 암(A)에 견고하게 고정할 수 있다. 여기서, 분리는 상술한 방법과 같으므로 그 상세한 설명은 생략한다.

100 : 제1 커플링 110, 110' : 어댑터
111, 115 : 본체 112, 116 : 가이드
113 : 작동 부재 114, 117 : 탄성 스프링
118 : 고정 부재 120 : 슬라이더
121, 122 : 플랜지 130 : 탄성 스프링
140 : 유체 공급관 200 : 제2 커플링
210 : 고정 볼 220 : 간섭 부재
230 : 연결관 300 : 거치대
310 : 지지부재 311 : 실린더

Claims (4)

1. 진공을 이용하여 소재를 흡착하기 위해 흡착 패드(P)를 갖추고 거치대에 거치된 그립퍼의 교환 장치에 있어서,
   로봇 암(A)에 장착한 제1 커플링(100)과 그립퍼(G)에 장착하여 상기 제1 커플링(100)에 장착과 분리할 수 있게 구성한 제2 커플링(200)을 포함하되,
   상기 제1 커플링(100)은, 중공으로 이루어진 로봇 암(A)의 끝에 끼워서 장착하고 그 길이 방향으로 제2 커플링(200)의 간섭 부재(220)가 밀면 유체가 통과할 수 있게 구성한 어댑터(110), 상기 로봇 암(A)의 외주에 그 길이 방향으로 움직이며 양단이 안쪽으로 꺾여 제1 및 제2 플랜지(121, 122)가 형성된 실린더 형상의 슬라이더(120), 제1 및 제2 플랜지(121, 122) 사이에 위치하도록 상기 로봇 암(A) 외주에 돌출 성형한 지지 돌기(B)와 로봇 암(A)의 바깥으로 돌출하는 제1 플랜지(121)에 양단이 지지가 되어 슬라이더(120)를 로봇 암(A)의 끝단 바깥으로 밀어주는 탄성 스프링(130), 및 상기 로봇 암(A)의 외주, 지지 돌기(B), 제2 플랜지(122) 그리고 슬라이더(120)로 둘러싸인 공간(141)에 외부 공기를 주입하여 그 크기를 변화시켜 탄성 스프링(130)을 강제로 압축시켜 주는 유체 공급관(140)을 포함하고,
   상기 제2 커플링(200)은, 그립퍼(G) 외주에 탄성 스프링(211)의 지지를 받아 일부가 바깥쪽으로 돌출되어 상기 제1 플랜지(121)가 그립퍼(G)의 외주에 밀착하여 그 길이 방향으로 따라 움직이면서 이 돌출된 부분을 누름에 따라 그립퍼(G) 안으로 수용되게 설치된 적어도 2개의 고정 볼(210), 중공의 그립퍼(G) 끝에 장착하며 제1 커플링(100)과 제2 커플링(200)이 결합함에 따라 상기 어댑터(110)를 눌러 로봇 암(A)과 그립퍼(G) 사이에서 유체가 통과할 수 있게 하는 간섭 부재(220), 및 상기 그립퍼(G)의 중공 부분과 흡착 패드(P)를 연결하는 연결관(230)을 포함하는 것을 특징으로 하는 그립퍼 자동 교환 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 어댑터(110)는,
   유체가 관통할 수 있게 유로(111a)를 갖추되, 이 유로(111a)의 한쪽 가장자리에서 안으로 단턱(114a)을 형성한 본체(111);,
   상기 단턱(114a)을 형성한 유로(111a)의 한쪽에서 이 유로(111a) 안으로 돌출 형성하되, 상기 유로(111a)의 안지름보다 작은 크기로 이루어져서 본체(111) 안으로 들어온 유체를 안내하는 가이드(112);
   외주가 상기 유로(111a)에 밀착하여 움직이면서 내주가 가이드(112)와 접하거나 떨어질 수 있게 구성한 작동 부재(113); 및
   양단이 각각 상기 단턱(114a)과 상기 작동 부재(113) 사이에 장착하되, 상기 간섭 부재(220)가 작동 부재(113)를 누르면 이 작동 부재(113)가 접했던 가이드(112)에 떨어져서 작동 부재(113)와 본체(111) 사이가 개방되게 하고, 이 간섭 부재(220)의 누름이 해제되면 작동 부재(113)가 가이드(112)에 밀착하여 가이드(112)와 본체(111)의 유체 흐름을 막게 하게 하는 탄성 스프링(114);을 포함하는 것을 특징으로 하는 그립퍼 자동 교환 장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 어댑터(110)는,
   유체가 관통할 수 있게 유로(115a)를 형성하되, 이 유로(115a)의 한쪽이 좁아지게 형성한 본체(115);,
   외주가 상기 유로(115a) 내주에 밀착하여 그 길이 방향으로 움직이고, 외주에는 유공(116a)을 관통 형성한 가이드(116);
   상기 가이드(116)가 유로(115a)의 좁은 한쪽에 밀착하게 탄성력을 제공하여, 간섭 부재(220)가 가이드(116)를 밀면 유공(116a)을 통해 유로(115a)에 유체가 통과하여 흐르도록 연결하게 하는 탄성 스프링(117); 및
   상기 유로(115a)의 다른 한쪽에 장착하여 탄성 스프링(117)을 지지하도록 본체(115)에 장착되며 링 형상으로 이루어진 고정 부재(118);를 포함하는 것을 특징으로 하는 그립퍼 자동 교환 장치.
   
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 그립퍼 자동 교환 장치는, 그립퍼(G)를 거치할 수 있도록 거치대(300)를 더 포함하고,
   상기 거치대(300)는 제2 커플링(200)을 장착한 그립퍼(G)의 끝단이 로봇 암(A)의 끝을 향하여 돌출할 수 있게 이 거치대(300)에 장착한 실린더(311)의 로드에 설치한 지지 부재(310)를 포함하는 것을 특징으로 하는 그립퍼 자동 교환 장치.

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