KR101757231B1 - 그립퍼 - Google Patents

Abstract

그립퍼(gripper)가 개시되며, 본원의 그립퍼는 상하 방향으로 중공이 형성되는 아우터 샤프트부, 상기 중공 내에 배치되고 상기 아우터 샤프트부에 대하여 상하 방향으로 구동 가능한 이너 샤프트부, 상기 아우터 샤프트부에 대하여 상기 이너 샤프트부를 상하 방향으로 이동시키는 상하 구동부, 및 상기 아우터 샤프트부 및 상기 이너 샤프트부 각각에 힌지 연결되어, 상기 이너 샤프트부가 상승 이동되면 상호 오므려지는 복수의 죠 유닛(jaw unit)을 포함할 수 있다.

Description

그립퍼{GRIPPER}

본원은 소모품과 같은 대상체를 용이하게 파지할 수 있는 그립퍼에 관한 것이다.

종래에는 실험실에서 사용되는 소모품의 경우 작업자에 의해 수동 운반 및 조작을 통해 공정이 진행되었다. 그런데, 소모품을 파지하여 운반하거나, 소모품의 뚜껑을 개폐하는 동작을 행함에 있어서, 소정 이상의 충격이 가해지면 소모품이 파손되거나 변형될 우려가 있었기에, 이러한 동작을 로봇을 이용하여 자동화하기에는 어려움이 존재하였다.

또한, 종래의 실험실 자동화 장치에 적용된 소모품의 그립퍼(Gripper)는 집게의 형태로 구성되어 있는 것이 대부분이며, 소모품의 그립(grip)과 뚜껑의 탈거(decapping)를 각각 별도의 모듈을 통해 수행하도록 구비되어 있었다.

본원의 배경이 되는 기술은 한국특허공개공보 제2015-0109417호에 개시되어 있다.

본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 대상체를 보다 안정적으로 파지(grip)할 수 있는 그립퍼를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본원은, 용기에 대한 뚜껑 결합 또는 탈거(decapping) 등의 목적으로 파지한 대상체를 회전시키고자 할 때, 대상체를 보다 안정적으로 회전시킬 수 있는 그립퍼를 제공하는 것을 목적으로 한다.

다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들도 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 일 실시예에 따른 그립퍼는 상하 방향으로 중공이 형성되는 아우터 샤프트부; 상기 중공 내에 배치되고, 상기 아우터 샤프트부에 대하여 상하 방향으로 구동 가능한 이너 샤프트부; 상기 아우터 샤프트부에 대하여 상기 이너 샤프트부를 상하 방향으로 이동시키는 상하 구동부; 및 상기 아우터 샤프트부 및 상기 이너 샤프트부 각각에 힌지 연결되어, 상기 이너 샤프트부가 상승 이동되면 상호 오므려지는 복수의 죠 유닛(jaw unit)을 포함할 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 본원의 일 실시예에 따른 그립퍼는 상기 상하 구동부의 구동력을 상기 이너 샤프트부로 전달하는 상하 구동력 전달부를 더 포함하고, 상기 상하 구동력 전달부는, 상기 이너 샤프트부에 고정적으로 연결되는 제1 전달부재; 상기 제1 전달부재와 하측으로 간격을 두고 배치되고, 상기 상하 구동부의 상하 방향 구동과 연동되는 제2 전달부재; 및 상기 제1 전달부재와 상기 제2 전달부재 사이에 개재되는 탄성부재를 포함할 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 상하 구동력 전달부는, 상기 제1 전달부재와 상기 제2 전달부재 사이의 간격이 제한간격 이하로 좁아졌는지 여부를 감지하는 탄성 압축 감지부를 더 포함하고, 상기 상하 구동부는 상기 탄성 압축 감지부의 감지에 따라 구동이 정지될 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 탄성 압축 감지부는, 상기 제1 전달부재 및 상기 제2 전달부재 중 하나에 구비되는 포토센서; 및 상기 제한간격에서 상기 포토센서에 감지되도록, 상기 제1 전달부재 및 상기 제2 전달부재 중 다른 하나에 구비되는 기준부재를 포함할 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 본원의 일 실시예에 따른 그립퍼는 상하 방향을 회전축으로 상기 아우터 샤프트부를 회전시키는 회전 구동부; 및 상기 아우터 샤프트부의 회전에 상기 이너 샤프트부가 연동되되, 상기 이너 샤프트부의 상하 방향 이동에는 상기 아우터 샤프트부가 연동되지 않도록, 상기 아우터 샤프트부와 상기 이너 샤프트부 사이에 장착되는 가이드부를 더 포함할 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 가이드부는, 복수의 볼 베어링(ball bearing) 및 상기 복수의 볼 베어링 사이의 간격을 일정하게 유지하는 리테이너(retainer)를 포함하고, 상기 아우터 샤프트부의 내주 및 상기 이너 샤프트부의 외주 각각에는, 상기 복수의 볼 베어링의 이동을 상하 방향에 대해서는 허용하고 원주 방향에 대해서는 구속하는 복수의 그루브가 형성될 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 본원의 일 실시예에 따른 그립퍼는 상기 회전 구동부의 구동력을 상기 아우터 샤프트부로 전달하는 회전 구동력 전달부를 더 포함하고, 상기 회전 구동력 전달부는, 상기 회전 구동부의 종동풀리로부터 전달되는 정회전 구동력 및 역회전 구동력 중 정회전 구동력만을 상기 아우터 샤프트부로 전달하는 일방향 클러치(one-way clutch); 및 상기 종동풀리와 상기 아우터 샤프트부 사이에 소정의 마찰력을 회전 방향에 대하여 형성시키는 마찰력 제공부를 포함할 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 아우터 샤프트부는, 정회전 방향으로는 상기 정회전 구동력에 의해 회전되고, 역회전 방향으로는 상기 역회전 구동력 중 상기 소정의 마찰력에 대응하는 구동력을 상한으로 하는 구동력에 의해 회전될 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 정회전 구동력은 나사 결합 구조를 갖는 대상체에 대하여 나사 풀림 방향으로 작용되는 구동력일 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 마찰력 제공부는, 상기 종동풀리의 단부의 내주를 따라 형성되는 모따기부; 상기 모따기부에 배치되어 상기 아우터 샤프트부의 외면과 상기 종동풀리에 각각 접촉되는 끼움부재; 및 상기 소정의 마찰력이 형성되도록, 상기 끼움부재를 상기 모따기부 측으로 미는 압력을 가하는 압력유닛을 포함할 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 끼움부재는 오링이고, 상기 압력유닛은 상기 오링과 접촉되는 평 와셔 및 상기 평 와셔를 상기 모따기부 측으로 밀어내는 압력을 제공하는 웨이브 와셔(wave washer)를 포함할 수 있다.

상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 아우터 샤프트부에 대한 이너 샤프트부의 상대적인 상하 방향 이동을 통해 죠 유닛의 파지 동작이 이루어질 수 있어, 정확한 파지 동작이 선형 이동을 통해 보다 안정적으로 구현될 수 있다.

또한, 전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 복수의 죠 유닛이 오므려지는 파지력이 대상체에 직접적으로 전달되는 것이 아니라, 탄성부재를 경유하여 전달되도록 상하 구동력 전달부를 마련함으로써, 복수의 죠 유닛이 대상체에 접촉될 때 상하 구동부의 구동력이 대상체에 일거에 전부 전달되어 원치 않는 충격이 가해지는 대신, 탄성부재의 추가적인 탄성 압축을 통한 쿠션 작용이 이루어지면서 점진적으로 전달될 수 있다. 이를 통해, 대상체에 대한 파지 동작에 완충 효과가 가미될 수 있어, 파손 등의 우려까지 불식시키는 보다 자연스러우면서도 정확한 파지 동작이 구현될 수 있다.

또한, 전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 뚜껑과 같은 나사 결합 구조를 갖는 대상체에 대하여, 나사가 소정 이상 조여지고 난 후에도 회전 구동부의 구동력이 온전히 전달되면 대상체 파손 등의 우려가 있는 나사 조임 방향(예를 들어, 뚜껑을 닫는 방향)으로는 일방향 클러치의 역방향 공회전 및 마찰력 제공부의 유기적인 조합을 통해 소정의 마찰력에 해당하는 나사 조임 힘만이 작용되도록 하고, 나사가 풀리고 난 다음에는 회전 구동부의 구동력이 온전히 전달되어도 공회전이 이루어질 뿐이어서 대상체 파손 등의 우려가 적은 나사 풀림 방향(예를 들어, 뚜껑을 여는 방향)으로는 일방향 클러치의 정회전 구동력을 통해 회전 구동부의 구동력이 온전히 전달되도록 함으로써, 파손 등의 우려까지 불식시키는 보다 자연스러우면서도 정확한 회전 동작이 구현될 수 있다.

도 1은 본원의 일 실시예에 따른 그립퍼 및 대상체를 도시한 입체도이다.
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 그립퍼 및 대상체를 도 1과는 다른 각도에서 도시한 입체도이다.
도 3은 본원의 일 실시예에 따른 그립퍼 및 대상체를 도 1 및 도 2와는 다른 각도에서 도시하되, 본원의 일 실시예에 따른 그립퍼에서 도면부호 11에 해당하는 하우징을 제거하고 그 내부를 도시한 입체도이다.
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 그립퍼의 정면도이다.
도 5는 도 4의 "A"-"A" 선을 따라 절개한 단면도를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 그립퍼의 측면도이다.
도 7은 도 6의 "B"-"B" 선을 따라 절개한 단면도를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8 내지 도 10은 본원의 일 실시예에 따른 그립퍼의 그립(파지) 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 11은 도 7의 "C" 부분을 확대한 단면도 및 이와 관련한 입체도를 함께 도시한 도면이다.
도 12는 도면부호 7로 표기된 가이드부의 구성을 설명하기 위한 개념도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하에서는 본원의 일 실시예에 따른 그립퍼(이하 '본 그립퍼'라 함)에 대하여 설명한다.

본 그립퍼(100)는 실험실에서 사용되는 소모품 등과 같은 대상체를 파지(grip)할 수 있는 그립 장치에 관한 것이다. 나아가, 본 그립퍼(100)는 나사 결합 구조에 대한 나사 조임 동작 내지 나사 풀림 동작을 용이하게 수행할 수 있어, 대상체의 파지 뿐만 아니라 대상체에 마련된 뚜껑 등에 대한 개폐(capping 및 decapping)까지 동시에 수행할 수 있는 일원화된 장치에 관한 것이다.

또한, 본 그립퍼(100)는 바이오메디컬(Bio-Medical) 분야, 실험실 자동화(Lab Automation) 분야, 소모품 물류 자동화 분야, 자동화 로봇(Automated Robot) 분야, 소형 정밀 구동부 설계 기술 및 정밀 위치 제어 기술 분야 등에 적용될 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니며, 본 그립퍼(100)를 통한 파지 또는 회전이 필요한 대상체를 포함하는 다양한 분야에 적용될 수 있다. 또한, 대상체는 시약 보틀(bottle), 튜브(tube), 피펫(pippette), 플라스크(flask) 등과 같은 소모품류일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본원의 일 실시예에 따른 그립퍼 및 대상체를 도시한 입체도이고, 도 2는 본원의 일 실시예에 따른 그립퍼 및 대상체를 도 1과는 다른 각도에서 도시한 입체도이다. 또한, 도 3은 본원의 일 실시예에 따른 그립퍼 및 대상체를 도 1 및 도 2와는 다른 각도에서 도시하되, 본원의 일 실시예에 따른 그립퍼에서 도면부호 11에 해당하는 하우징을 제거하고 그 내부를 도시한 입체도이다

또한, 도 4는 본원의 일 실시예에 따른 그립퍼의 정면도이고, 도 5는 도 4의 "A"-"A" 선을 따라 절개한 단면도를 개략적으로 도시한 도면이다. 또한, 도 6은 본원의 일 실시예에 따른 그립퍼의 측면도이고, 도 7은 도 6의 "B"-"B" 선을 따라 절개한 단면도를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 그립퍼(100)는 아우터 샤프트부(1), 이너 샤프트부(2), 상하 구동부(4) 및 복수의 죠 유닛(3)을 포함할 수 있다.

아우터 샤프트부(1)는 상하 방향으로 중공이 형성되는 구성이다.

또한, 도 5 및 도 7를 참조하면, 이너 샤프트부(2)는 아우터 샤프트부(1)의 이러한 중공 내에 배치되는 구성이다. 이러한 이너 샤프트부(2)는 후술할 상하 구동부(4)를 통해 아우터 샤프트부(1)에 대하여 상하 방향으로 구동 가능하게 구비될 수 있다.

상하 구동부(4)는 상술한 이너 샤프트부(2)를 아우터 샤프트부(1)에 대하여 상하 방향으로 이동시키는 구동력을 제공하는 구성이다.

도 1 내지 도 3, 도 5 및 도 6을 참조하면, 상하 구동부(4)는 회전력을 제공하는 모터(41), 2개의 풀리(42)(예를 들면, 원동풀리와 종동풀리), 2개의 풀리(42)를 연결하는 벨트(43), 2개의 풀리(42) 중 모터(41)와 연결되지 않은 풀리에 연결되는 스크류(44), 스크류(44)에 나사 결합되는 너트(45) 등을 포함할 수 있다. 모터(41)가 회전하면 2개의 풀리(42)와 벨트(43)를 통해 그 회전력이 스크류(44)로 전달되고, 스크류(44)의 회전에 의해 너트(45)가 상향 이동 또는 하향 이동됨으로써, 후술할 상하 구동력 전달부(5)를 통해 이너 샤프트부(2)도 상향 이동 또는 하향 이동될 수 있다.

복수의 죠 유닛(3)은 아우터 샤프트부(1) 및 이너 샤프트부(2) 각각에 힌지 연결되어, 이너 샤프트부(2)가 상승 이동되면 상호 오므려지는 구성이다.

도 1 내지 도 7을 참조하면, 죠 유닛(3)은 복수개가 원주 방향을 따라 간격을 두고 배치될 수 있다.

또한, 죠 유닛(3)은 아우터 샤프트부(1)와 원주의 접선 방향을 회전축으로 힌지 연결되고, 이너 샤프트부(2)와 상기 접선 방향과 나란한 방향을 회전축으로 힌지 연결되는 형태로 구비될 수 있다. 이때, 아우터 샤프트부(1)와 힌지 연결된 부분이 이너 샤프트부(2)와 힌지 연결된 부분보다 반경 방향에 대하여 외측에 위치할 수 있다.

도 8 내지 도 10은 본원의 일 실시예에 따른 그립퍼의 그립(파지) 동작을 설명하기 위한 개념도이다.

예시적으로 도 8을 참조하여 죠 유닛(3)의 파지 동작(상호 오므려지는 동작)을 설명하면, 이너 샤프트부(2)가 도 8의 (a)에 도시된 상태에서 도 8의 (b)에 도시된 상태로 a 만큼 상승 이동되면, 죠 유닛(3)에서 이너 샤프트부(2)와 힌지 연결된 부분이 이너 샤프트부(2)와 함께 a 만큼 상승되면서, 복수의 죠 유닛(3)이 서로 가까워지는 쪽으로 오므려지게 된다. 이러한 복수의 죠 유닛(3)의 오므려지는 동작을 통하여 대상체(500)에 대한 파지(grip)가 이루어질 수 있다.

즉, 본원에 의하면, 아우터 샤프트부(1)에 대한 이너 샤프트부(2)의 상대적인 상하 방향 이동을 통해 죠 유닛의 파지 동작이 이루어질 수 있어, 정확한 파지 동작이 선형 이동을 통해 보다 안정적으로 구현될 수 있다.

또한, 본 그립퍼(100)는 상하 구동력 전달부(5)를 포함할 수 있다.

상하 구동력 전달부(5)는 상하 구동부(4)의 구동력을 이너 샤프트부(2)로 전달하는 구성이다. 예시적으로 도 5를 참조하면, 상하 구동부(4)의 모터(41)의 회전력은 풀리(42)와 벨트(43)를 통해 스크류(44)로 전달되고, 이러한 스크류(44)와 나사 결합된 너트(45)는 스크류(44)에 대하여 상하 방향으로 이동되면서, 상하 구동부(4)의 상하 방향으로의 구동력은 상하 구동력 전달부(5)로 전달될 수 있다.

구체적으로, 도 1, 도 3, 도 4 및 도 7을 참조하면, 상하 구동력 전달부(5)는 제1 전달부재(51), 제2 전달부재(52) 및 탄성부재(53)를 포함할 수 있다.

제1 전달부재(51)는 이너 샤프트부(2)에 고정적으로 연결되는 구성이다.

또한, 제2 전달부재(52)는 제1 전달부재(51)와 하측으로 간격을 두고 배치되고, 상하 구동부(4)의 상하 방향 구동과 연동되는 구성이다. 예시적으로 도 5를 참조하면, 제2 전달부재(52)는 상하 구동부(4)의 너트(45)의 이동과 연동하여 상하 방향으로 이동될 수 있다.

또한, 탄성부재(53)는 제1 전달부재(51)와 제2 전달부재(52) 사이에 개재되는 구성이다. 도 1, 도 3, 도 4, 도 7 및 도 8을 참조하면, 탄성부재(53)는 스프링일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

도 8을 참조하면, 상하 구동부(4)가 상승 구동(이너 샤프트부를 상향 이동시키도록 구동)되면, 이와 연동하는 제2 전달부재(52)도 상승 이동된다. 이에 따라, 제1 전달부재(51)와 제2 전달부재(52) 사이에 개재된 탄성부재(53)는 소정의 압축량만큼 탄성 압축된 상태로 상하 구동부(4)의 구동력을 제2 전달부재(52)로부터 제1 전달부재(51) 및 제1 전달부재(51)와 연결된 이너 샤프트부(2)로 전달함으로써, 이너 샤프트부(2)의 상승 구동이 이루어질 수 있다(도 8의 (a)에서 도 8의 (b)로의 이동).

이때, 이러한 상하 구동부(4)의 상승 구동에 의해, 복수의 죠 유닛(3)이 계속적으로 오므려져, 도 9의 (a)에 도시된 상태와 같이, 결국 대상체(500)를 파지(대상체와 접촉)하게 되면, 복수의 죠 유닛(3)이 더 이상 오므려질 수 없기 때문에, 이너 샤프트부(2)와 제1 전달부재(51)는 추가적인 상승 이동이 제한(정지)될 수 있다. 하지만, 이처럼 이너 샤프트부(2)와 제1 전달부재(51)의 상승 이동이 정지된 상태에서도, 상하 구동부(4)의 구동과 연동하는 제2 전달부재(52)는 탄성부재(53)의 추가적인 탄성 압축을 통해 소정의 높이만큼 상승 이동이 이루어질 수 있다. 구체적으로 도 9를 참조하면, 제1 전달부재(51)는 상승 이동되지 않는 상태(복수의 죠 유닛(3)이 대상체(500)에 접촉되어 더 이상 오므려지지 않는 상태)에서, 탄성부재(53)가 추가적으로 압축되면서 제2 전달부재(52)는 b만큼 추가 상승될 수 있다.

즉, 복수의 죠 유닛(3)이 오므려지는 파지력이 대상체(500)에 직접적으로 전달되는 것이 아니라, 탄성부재(53)를 경유하여 전달되도록 상하 구동력 전달부(5)를 마련함으로써, 복수의 죠 유닛(3)이 대상체(500)에 접촉될 때 상하 구동부(4)의 구동력이 대상체(500)에 일거에 전부 전달되어 원치 않는 충격이 가해지는 대신, 탄성부재(53)의 추가적인 탄성 압축을 통한 쿠션 작용이 이루어지면서 점진적으로 전달될 수 있다. 다시 말해, 본원에 의하면, 대상체(500)에 대한 파지 동작에 완충 효과가 가미될 수 있어, 파손 등의 우려까지 불식시키는 보다 자연스러우면서도 정확한 파지 동작이 구현될 수 있다.

또한, 상하 구동력 전달부(5)는 탄성 압축 감지부(54)를 포함할 수 있다.

상술한 바와 같이, 탄성부재(53)의 추가적인 탄성 압축을 통해 완충 작용이 구현될 수 있지만, 상기의 추가적인 탄성 압축이 무한정 이루어질 수는 없다. 즉, 탄성 압축 감지부(54)는 제1 전달부재(51)와 제2 전달부재(52) 사이의 간격이 제한간격 이하로 좁아졌는지 여부를 감지하는 구성으로서, 상하 구동부(4)는 탄성 압축 감지부(54)의 감지에 따라 구동이 정지될 수 있다. 즉, 탄성 압축 감지부(54)는 탄성부재(53)를 통해 완충 효과가 발휘될 수 있는 추가적인 탄성 압축량의 상한을 제한간격 설정을 통해 정하는 구성이라 할 수 있다.

구체적으로 도 1 내지 도6을 참조하면, 탄성 압축 감지부(54)는 포토센서(541) 및 기준부재(542)를 포함할 수 있다.

포토센서(541)는 제1 전달부재(51) 및 제2 전달부재(52) 중 하나에 구비될 수 있다. 예시적으로 도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 포토센서(541)는 제1 전달부재(51)에 연결되어 제1 전달부재(51)의 승하강과 연동될 수 있다.

기준부재(542)는 제1 전달부재(51) 및 제2 전달부재(52) 중 다른 하나에 구비되는 구성이다. 예시적으로 도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 기준부재(542)는 제2 전달부재(51)에 연결되어 제2 전달부재(52)의 승하강과 연동될 수 있다.

예를 들어 도 1 내지 도 3을 참조하면, 기준부재(542)는 "L" 자 형상으로 구비될 수 있다. 구체적으로, "L" 자 형상의 상단이 포토센서(541)가 감지할 수 있는 높이에 도달하였을 때, 제1 전달부재(51)와 제2 전달부재(52) 사이의 간격이 더 이상 가까워져서는 안되는 제한간격에 도달한 것으로 인지하도록 설정될 수 있다.

즉, 기준부재(542)와 포토센서(541)는, 제1 전달부재(51)와 제2 전달부재(52) 사이의 간격이 제한간격에 도달한 시점에, 기준부재(542)가 포토센서(541)에 감지되는 형태로 구비될 수 있다.

또한, 본 그립퍼(100)는 그립 한계 감지부(9)를 포함할 수 있다.

도 2 및 도 6을 참조하면, 그립 한계 감지부(9)는 복수의 죠 유닛(3)의 상호 벌어지는 한계(벌림 한계 또는 파지 해제 한계)를 감지하는 벌림 한계 감지 포토센서(91), 복수의 죠 유닛(3)의 상호 오므려지는 한계(오므림 한계 또는 파지 한계)를 감지하는 오므림 한계 감지 포토센서(92) 및 벌림 한계와 오므림 한계 감지의 기준이 되는 기준부재(93)를 포함할 수 있다.

예시적으로 기준부재(93)는 도 2에 도시된 바와 같이 절곡되는 형태로 구비될 수 있다. 구체적인 예로, 기준부재(93)의 일부(끝단)가 벌림 한계 감지 포토센서(91)의 감지 범위 내로 하향 이동되면, 이너 샤프트부(2)가 더 이상 하향 이동되지 못하도록(복수의 죠 유닛(3)이 더 이상 벌어지지 못하도록) 상하 구동부(4)의 구동이 정지될 수 있다. 또한, 기준부재(93)의 일부(끝단)가 오므림 한계 감지 포토센서(92)의 감지 범위 내로 상향 이동되면, 이너 샤프트부(2)가 더 이상 상향 이동되지 못하도록(복수의 죠 유닛(3)이 더 이상 오므려지지 못하도록) 상하 구동부(4)의 구동이 정지될 수 있다.

즉, 본원에 의하면, 파지와 파지 해제의 한계를 그립 한계 감지부(9)를 통해 설정해둠으로써, 파지 동작이 보다 안전하고 안정적으로 구현될 수 있다.

또한 도 5를 참조하면, 전술한 이너 샤프트부(2)는 복수의 죠 유낫(3)을 통해 그립(파지)할 대상체의 유무를 감지하는 대상체 유무 감지부(21)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 대상체 유무 감지부(21)는 플런저(plunger)와 센서 케이블을 조합하여 마련될 수 있다. 구체적인 예로, 플런저와 센서 케이블을 이용한 압력 변화 감지를 통해 대상체(500)의 뚜껑(510) 유무를 판별할 수 있다.

한편, 본 그립퍼(100)는 회전 구동부(6) 및 가이드부(7)를 포함할 수 있다.

도 11은 도 7의 "C" 부분을 확대한 단면도 및 이와 관련한 입체도를 함께 도시한 도면이고, 도 12는 도면부호 7로 표기된 가이드부의 구성을 설명하기 위한 개념도이다.

회전 구동부(6)는 상하 방향을 회전축으로 아우터 샤프트부(1)를 회전시키는 구성이다.

도 3, 도 4 및 도 7을 참조하면, 회전 구동부(6)는 회전력을 제공하는 모터(61), 모터(61)와 연결되는 원동풀리(62), 아우터 샤프트부(1)와 연결되는 종동풀리(63), 원동풀리(62)와 종동풀리(63)를 연결하는 벨트(64) 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 모터(61)가 회전하면 원동풀리(62)와 벨트(64)를 통해 그 회전력이 종동풀리(63)로 전달되고, 종동풀리(63)의 회전에 의해 아우터 샤프트부(1)의 회전이 이루어질 수 있다.

다만, 후술하겠지만, 회전 구동력 전달부(8)에 의하면, 종동풀리(63)의 회전이 정방향 회전(시계방향 회전 및 반시계방향 회전 중 어느 하나)일 경우 정회전 구동력은 일방향 클러치(81)를 통해 아우터 샤프트부(1)로 온전히 전달될 수 있지만, 종동풀리(63)의 회전이 역방향 회전(시계방향 회전 및 반시계방향 회전 중 다른 하나)일 경우 일방향 클러치(81)가 공회전하게 되면서, 역회전 구동력은 마찰력 제공부(82)에 의해 형성되는 소정의 마찰력의 범위 내에서만 아우터 샤프트부(1)로 전달될 수 있다.

가이드부(7)는 아우터 샤프트부(1)의 회전에 이너 샤프트부(2)가 연동되되, 이너 샤프트부(2)의 상하 방향 이동에는 아우터 샤프트부(1)가 연동되지 않도록, 아우터 샤프트부(1)와 이너 샤프트부(2) 사이에 장착되는 구성이다.

구체적으로 도 12를 참조하면, 가이드부(7)는, 복수의 볼 베어링(71) 및 복수의 볼 베어링(71) 사이의 간격을 일정하게 유지하는 리테이너(72)를 포함할 수 있다.

또한, 이러한 가이드부(7)에 대응하여, 아우터 샤프트부(1)의 내주 및 이너 샤프트부(2)의 외주 각각에는, 복수의 볼 베어링(71)의 이동을 상하 방향에 대해서는 허용하고 원주 방향에 대해서는 구속하는 복수의 그루브(1a, 2a)가 형성될 수 있다. 구체적으로, 아우터 샤프트부(1)의 내주에는 상하 방향을 따라 연장되는 홈 형상의 그루브(1a)가 원주 방향을 따라 간격을 두고 복수개 형성될 수 있다. 또한, 이너 샤프트부(2)의 외주에는 상하 방향을 따라 연장되는 홈 형상의 그루브(2a)가 원주 방향을 따라 간격을 두고 복수개 형성될 수 있다.

복수의 볼 베어링(71) 중 상하 방향을 따라 리테이너(72)에 의해 정렬된 볼 베어링(71)은 아우터 샤프트부(1)의 복수의 그루브(1a) 중 하나와 이너 샤프트부(2)의 복수의 그루브(2a) 중 하나에 대응하여 도 12에 도시된 바와 같이 배치될 수 있다.

또한, 본 그립퍼(100)는 회전 구동력 전달부(8)를 포함할 수 있다.

회전 구동력 전달부(8)는 회전 구동부(6)의 구동력을 아우터 샤프트부(1)로 전달하는 구성이다.

구체적으로 도 11을 도 7과 함께 참조하면, 회전 구동력 전달부(8)는 일방향 클러치(81) 및 마찰력 제공부(82)를 포함할 수 있다.

일방향 클러치(81)는 회전 구동부(6)의 종동풀리(63)로부터 전달되는 정회전 구동력 및 역회전 구동력 중 정회전 구동력만을 아우터 샤프트부(1)로 전달하는 구성이다.

마찰력 제공부(82)는 종동풀리(63)와 아우터 샤프트부(1) 사이에 소정의 마찰력을 회전 방향에 대하여 형성시키는 구성이다.

구체적으로 도 11을 도 7과 함께 참조하면, 마찰력 제공부(82)는 모따기부(821), 끼움부재(822) 및 압력유닛(823)을 포함할 수 있다.

모따기부(821)는 종동풀리(63)의 단부의 내주를 따라 형성되는 구성이다.

끼움부재(822)는 모따기부(821)에 배치되어 아우터 샤프트부(1)의 외면과 종동풀리(63)에 각각 접촉되는 구성이다. 예를 들어, 끼움부재(822)는 오링(O-ring)일 수 있다.

압력유닛(823)은 상기 소정의 마찰력이 형성되도록, 끼움부재(822)를 모따기부(821) 측으로 미는 압력을 가하는 구성이다. 이러한 압력유닛(823)은 오링과 같은 끼움부재(822)와 접촉되는 평 와셔(823a) 및 평 와셔(823a)를 모따기부(821) 측으로 밀어내는 압력을 제공하는 웨이브 와셔(823b)를 포함할 수 있다(도 11의 하단 입체도 참조).

여기서, 평 와셔(823a)는 웨이브 와셔(823b)의 압력을 끼움부재(822)로 균일하게 전달하는 역할을 할 수 있다. 또한, 웨이브 와셔(823b)의 규격에 따라, 평 와셔(823a)를 모따기부(821) 측으로 밀어내는 압력이 조절될 수 있고, 이에 따라 소정의 마찰력의 크기가 조절될 수 있다.

상술한 회전 구동력 전달부(8)에 의하면, 아우터 샤프트부(1)는 정회전 방향으로는 상기 정회전 구동력에 의해 회전되고, 역회전 방향으로는 상기 역회전 구동력 중 상기 소정의 마찰력에 대응하는 구동력을 상한으로 하는 구동력에 의해 회전될 수 있다.

이때, 정회전 구동력은 나사 결합 구조를 갖는 대상체(500)에 대하여 나사 풀림 방향으로 작용되는 구동력일 수 있다.

즉, 본원에 의하면, 뚜껑과 같은 나사 결합 구조를 갖는 대상체(500)에 대하여, 나사가 소정 이상 조여지고 난 후에도 회전 구동부(6)의 구동력이 온전히 전달되면 대상체 파손 등의 우려가 있는 나사 조임 방향(예를 들어, 뚜껑을 닫는 방향)으로는 일방향 클러치(81)의 역방향 공회전 및 마찰력 제공부(82)의 유기적인 조합을 통해 소정의 마찰력에 해당하는 나사 조임 힘만이 작용되도록 하고, 나사가 풀리고 난 다음에는 회전 구동부(6)의 구동력이 온전히 전달되어도 공회전이 이루어질 뿐이어서 대상체 파손 등의 우려가 적은 나사 풀림 방향(예를 들어, 뚜껑을 여는 방향)으로는 일방향 클러치(81)를 통해 회전 구동부(6)의 구동력이 온전히 전달되도록 함으로써, 파손 등의 우려까지 불식시키는 보다 자연스러우면서도 정확한 회전 동작이 구현될 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본원에 의하면, 하나의 모듈로 다양한 소모품의 파지(grip) 및 뚜껑과 같은 나사 결합 구조를 갖는 대상체의 회전(예를 들면, 뚜껑의 개폐)이 가능하다. 예를 들어, 본원에 의하면, 직경 8mm 부터 약 40mm 까지의 원형 소모품에 대해 하나의 모듈(module)을 이용하여 파지가 가능할 수 있다. 또한, 본 그립퍼는 로봇과 조합이 용이한 구조로 구현되어, 다양한 자동화 장비에 능동적인 적용이 가능할 수 있다. 또한, 본 그립퍼는 고가의 토크 센서를 사용하지 않고 나사 조임 내지 풀림 방향(예를 들면, 뚜껑의 개폐 방향)에 대하여 선택적인 토크 적용이 가능하도록 구현되므로, 염가의 모듈 구성이 가능할 수 있다. 또한, 본 그립퍼는 직교좌표로봇, 수평/수직 다관절 로봇 등과 조합이 용이하도록 구현되므로, 다양한 실험실 자동화 장비에 적용이 가능할 수 있다.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 그립퍼(gripper)
1: 아우터 샤프트부(outer shaft part)
1a: 그루브(groove)
11: 하우징
2: 이너 샤프트부(inner shaft part)
2a: 그루브(groove)
21: 대상체 유무 감지부
3: 죠 유닛(jaw unit)
4: 상하 구동부
41: 모터
42: 풀리(pulley)
43: 벨트
44: 스크류(screw)
45: 너트(nut)
5: 상하 구동력 전달부
51: 제1 전달부재
52: 제2 전달부재
53: 탄성부재
54: 탄성 압축 감지부
541: 포토센서
542: 기준부재
6: 회전 구동부
61: 모터
62: 원동풀리
63: 종동풀리
64: 벨트
7: 가이드부
71: 볼 베어링(ball bearing)
72: 리테이너(retainer)
8: 회전 구동력 전달부
81: 일방향 클러치(one-way clutch)
82: 마찰력 제공부
821: 모따기부
822: 끼움부재
823: 압력유닛
823a: 평 와셔
823b: 웨이브 와셔(wave washer)
9: 그립 한계 감지부
91: 벌림 한계 감지 포토센서
92: 오므림 한계 감지 포토센서
93: 기준부재
500: 대상체
510: 뚜껑

Claims (11)

1. 그립퍼(gripper)에 있어서,
   상하 방향으로 중공이 형성되는 아우터 샤프트부;
   상기 중공 내에 배치되고, 상기 아우터 샤프트부에 대하여 상하 방향으로 구동 가능한 이너 샤프트부;
   상기 아우터 샤프트부에 대하여 상기 이너 샤프트부를 상하 방향으로 이동시키는 상하 구동부; 및
   상기 아우터 샤프트부 및 상기 이너 샤프트부 각각에 힌지 연결되어, 상기 이너 샤프트부가 상승 이동되면 상호 오므려지는 복수의 죠 유닛(jaw unit),
   을 포함하되,
   상기 상하 구동부의 구동력을 상기 이너 샤프트부로 전달하는 상하 구동력 전달부를 더 포함하고,
   상기 상하 구동력 전달부는,
   상기 이너 샤프트부에 고정적으로 연결되는 제1 전달부재;
   상기 제1 전달부재와 하측으로 간격을 두고 배치되고, 상기 상하 구동부의 상하 방향 구동과 연동되는 제2 전달부재; 및
   상기 제1 전달부재와 상기 제2 전달부재 사이에 개재되는 탄성부재를 포함하는 것인, 그립퍼.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 상하 구동력 전달부는,
   상기 제1 전달부재와 상기 제2 전달부재 사이의 간격이 제한간격 이하로 좁아졌는지 여부를 감지하는 탄성 압축 감지부를 더 포함하고,
   상기 상하 구동부는 상기 탄성 압축 감지부의 감지에 따라 구동이 정지되는 것인, 그립퍼.
4. 제3항에 있어서,
   상기 탄성 압축 감지부는,
   상기 제1 전달부재 및 상기 제2 전달부재 중 하나에 구비되는 포토센서; 및
   상기 제한간격에서 상기 포토센서에 감지되도록, 상기 제1 전달부재 및 상기 제2 전달부재 중 다른 하나에 구비되는 기준부재를 포함하는 것인, 그립퍼.
5. 제1항에 있어서,
   상하 방향을 회전축으로 상기 아우터 샤프트부를 회전시키는 회전 구동부; 및
   상기 아우터 샤프트부의 회전에 상기 이너 샤프트부가 연동되되, 상기 이너 샤프트부의 상하 방향 이동에는 상기 아우터 샤프트부가 연동되지 않도록, 상기 아우터 샤프트부와 상기 이너 샤프트부 사이에 장착되는 가이드부를 더 포함하는 그립퍼.
6. 제5항에 있어서,
   상기 가이드부는, 복수의 볼 베어링(ball bearing) 및 상기 복수의 볼 베어링 사이의 간격을 일정하게 유지하는 리테이너(retainer)를 포함하고,
   상기 아우터 샤프트부의 내주 및 상기 이너 샤프트부의 외주 각각에는, 상기 복수의 볼 베어링의 이동을 상하 방향에 대해서는 허용하고 원주 방향에 대해서는 구속하는 복수의 그루브가 형성되는 것인, 그립퍼.
7. 제5항에 있어서,
   상기 회전 구동부의 구동력을 상기 아우터 샤프트부로 전달하는 회전 구동력 전달부를 더 포함하고,
   상기 회전 구동력 전달부는,
   상기 회전 구동부의 종동풀리로부터 전달되는 정회전 구동력 및 역회전 구동력 중 정회전 구동력만을 상기 아우터 샤프트부로 전달하는 일방향 클러치(one-way clutch); 및
   상기 종동풀리와 상기 아우터 샤프트부 사이에 소정의 마찰력을 회전 방향에 대하여 형성시키는 마찰력 제공부를 포함하는 것인, 그립퍼.
8. 제7항에 있어서,
   상기 아우터 샤프트부는, 정회전 방향으로는 상기 정회전 구동력에 의해 회전되고, 역회전 방향으로는 상기 역회전 구동력 중 상기 소정의 마찰력에 대응하는 구동력을 상한으로 하는 구동력에 의해 회전되는 것인, 그립퍼.
9. 제7항에 있어서,
   상기 정회전 구동력은 나사 결합 구조를 갖는 대상체에 대하여 나사 풀림 방향으로 작용되는 구동력인 것인, 그립퍼.
10. 제7항에 있어서,
    상기 마찰력 제공부는,
    상기 종동풀리의 단부의 내주를 따라 형성되는 모따기부;
    상기 모따기부에 배치되어 상기 아우터 샤프트부의 외면과 상기 종동풀리에 각각 접촉되는 끼움부재; 및
    상기 소정의 마찰력이 형성되도록, 상기 끼움부재를 상기 모따기부 측으로 미는 압력을 가하는 압력유닛을 포함하는, 그립퍼.
11. 제10항에 있어서,
    상기 끼움부재는 오링이고,
    상기 압력유닛은 상기 오링과 접촉되는 평 와셔 및 상기 평 와셔를 상기 모따기부 측으로 밀어내는 압력을 제공하는 웨이브 와셔(wave washer)를 포함하는 것인, 그립퍼.

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