KR102145180B1 - 액추에이터 및 이를 포함하는 그립핑 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액추에이터 및 이를 포함하는 그립핑 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 액추에이터는 선형으로 설정 길이를 갖도록 제공되는 구동 로드; 및 상기 구동 로드의 일측에 연결되어, 상기 구동 로드의 길이 방향에 대응되는 전후 방향으로의 위치를 조절하는 위치 조절 유닛을 포함하되, 상기 위치 조절 유닛은, 상기 구동 로드의 후방 단부에 위치되고, 전방을 향하는 전면 또는 후방을 향하는 후면은 상기 구동 로드를 축으로 한 원주 방향을 따라 전후 방향의 위치가 상이하게 제공되는 캠을 포함한다.

Description

액추에이터 및 이를 포함하는 그립핑 장치{Actuator and gripping apparatus having the same}

본 발명은 액추에이터 및 이를 포함하는 그립핑 장치에 관한 것으로, 보다 상세히 효과적으로 그리퍼의 위치가 조절될 수 있는 액추에이터 및 이를 포함하는 그립핑 장치에 관한 것이다.

사람의 작업을 대신하거나, 작업 효율을 향상시키기 위해 로봇이 사용된다. 이와 같은 로봇은 다가오는 4차 산업에서 사람에 의한 작업이 최소화된 스마트 공장 등의 도입을 위해 중요성이 증가하고 있다.

로봇은 작업 대상물을 집어 드는 동작을 수행하기 위해 그리퍼를 포함할 수 있다. 그리퍼는 핑거를 포함하도록 구성되어, 작업 대상물을 집어 들거나, 진공 흡착 방식으로 작업 대상물을 집어 들 수 있다. 이를 위해, 그리퍼는 작업 대상물이 위치된 공간으로 이동된 후, 핑거 사이에 작업 대상물이 위치되거나 흡입 압력이 발생되는 부분에 작업 대상물이 위치되어야 한다. 작업 효율 향상을 위해, 그리퍼는 이와 같은 위치 조절 과정이 효과적으로 이루어 질 것이 요구된다.

본 발명은 그리퍼의 위치 조절이 효과적으로 이루어 질 수 있는 액추에이터 및 이를 포함하는 그립핑 장치를 제공하기 위한 것이다.

또한, 전단에 발생되는 충격을 효과적으로 줄일 수 있는 액추에이터 및 이를 포함하는 그립핑 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 선형으로 설정 길이를 갖도록 제공되는 구동 로드; 및 상기 구동 로드의 일측에 연결되어, 상기 구동 로드의 길이 방향에 대응되는 전후 방향으로의 위치를 조절하는 위치 조절 유닛을 포함하되, 상기 위치 조절 유닛은, 상기 구동 로드의 후방 단부에 위치되고, 전방을 향하는 전면 또는 후방을 향하는 후면은 상기 구동 로드를 축으로 한 원주 방향을 따라 전후 방향의 위치가 상이하게 제공되는 캠을 포함하는 액추에이터가 제공될 수 있다.

또한, 상기 위치 조절 유닛은, 상기 구동 로드의 길이 방향 일 지점에서, 상기 구동 로드에 대해 고정되게 제공되는 피스톤; 및 상기 피스톤을 수용하도록 제공되는 실린더를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 구동 로드의 길이 방향으로 제공되는 축을 기준으로 상기 캠이 회전되게 하는 회전 유닛을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 회전 유닛은, 상기 캠이 회전되는 동력을 제공하는 구동 부재; 및 상기 구동 부재와 상기 구동 로드를 연결하여, 상기 구동 부재의 동력에 의해 상기 구동 로드가 회전되게 하는 동력 전달부를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 작업 대상물을 파지할 수 있는 그리퍼; 및 전방 단부에 상기 그리퍼가 연결되어, 상기 그리퍼를 전후 방향으로 이동시킬 수 있는 액추에이터를 포함하되, 상기 액추에이터는, 선형으로 설정 길이를 갖도록 제공되는 구동 로드; 및 상기 구동 로드의 일측에 연결되어, 상기 구동 로드의 길이 방향에 대응되는 전후 방향으로의 위치를 조절하는 위치 조절 유닛을 포함하고, 상기 위치 조절 유닛은, 상기 구동 로드의 후방 단부에 위치되고, 전방을 향하는 전면 또는 후방을 향하는 후면은 상기 구동 로드를 축으로 한 원주 방향을 따라 전후 방향의 위치가 상이하게 제공되는 캠을 포함하는 그립핑 장치가 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 의하면, 그리퍼의 위치 조절이 효과적으로 이루어 질 수 있는 액추에이터 및 이를 포함하는 그립핑 장치가 제공될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 전단에 발생되는 충격을 효과적으로 줄일 수 있는 액추에이터 및 이를 포함하는 그립핑 장치가 제공될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 그립핑 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1이 액추에이터를 나타내는 도면이다.
도 3 및 도 4는 액추에이터가 동작되는 방법을 설명하는 도면이다.
도 5는 구동 로드가 후방으로 설정 거리 이동되는 상태를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 그립핑 장치를 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 다른 그립핑 장치(1)는 그리퍼(2) 및 액추에이터(3)를 포함한다.

이하, 도 1과 같이 그리퍼(2) 및 액추에이터(3)가 위치되었을 때, 그리퍼(2)가 위치되는 방향을 전방이라 하고, 엑추이이터가 위치되는 방향을 후방이라 한다.

그립핑 장치(1)는 작업 대상물을 집는 동작을 수행할 수 있다. 일 예로, 그립핑 장치(1)는 그리퍼(2)가 일 위치에서 작업 대상물을 집은 후, 그리퍼(2)의 위치가 변경되도록 구동된 후, 그리퍼(2)가 작업 대상물을 내려 놓는 방식으로 작업을 수행할 수 있다.

그리퍼(2)는 그립핑 장치(1)의 일측(즉, 그립핑 장치(1)의 전방)에 위치되어 작업 대상물을 파지할 수 있다. 일 예로, 그리퍼(2)는 핑거를 갖는 구조, 진공 흡착 구조 등으로 제공될 수 있다. 또한 그리퍼(2)는 작업 대상물의 파손 방지를 위한 소프트 그리퍼(2)로 제공될 수도 있다. 도 1에는 그리퍼(2)가 핑거를 갖는 구조가 일 예로 도시되었다.

액추에이터(3)는 그리퍼(2)를 전후 방향으로 이동시킨다. 도 1은 도시를 편의를 위해 액추에이터(3)의 전방 단부에 그리퍼(2)가 직접적으로 연결된 형태로 도시되었으나, 액추에이터(3)와 그리퍼(2)의 연결부위에는 추가적 구성이 위치될 수 있다. 이에 따라, 그리퍼(2)는 전후 방향으로 제공되는 축을 기준으로 액추에이터(3)의 전방 단부에 대해 회전되거나, 전후 방향에 대해 수직한 방향으로 제공되는 축을 기준으로 액추에이터(3)의 전방 단부에 대해 회전되게 연결될 수 있다.

도 2는 도 1이 액추에이터를 나타내는 도면이다.

도 2를 참조하면, 액추에이터(3)는 프레임(10), 구동 로드(20), 위치 조절 유닛(30) 및 회전 유닛(40)을 포함한다.

프레임(10)의 액추에이터(3)의 구성 요소들을 지지한다.

구동 로드(20)는 선형으로 설정 길이를 갖도록 제공된다. 구동 로드(20)는 길이 방향이 전후 방향을 향하도록 제공된다. 구동 로드(20)는 프레임(10)을 관통하도록 위치될 수 있다. 구동 로드(20)의 전방 단부는 그리퍼(2)에 직접적으로, 또는 추가적 구성을 통해 연결될 수 있다.

위치 조절 유닛(30)은 구동 로드(20)의 일측에 연결되어, 구동 로드(20)의 전후 방향 위치를 조절한다. 위치 조절 유닛(30)은 위치 조절 부재(31) 및 캠(35)을 포함할 수 있다.

위치 조절 부재(31)는 구동 로드(20)가 전후 방향에 수직한 평면 상에서 설정 위치를 유지한 상태로, 전후 방향으로 위치가 변경될 수 있게 한다. 위치 조절 부재(31)는 구동 로드(20)의 전단 및 후단 사이의 일 지점에서 구동 로드(20)에 연결될 수 있다. 위치 조절 부재(31)는 전방에서 후방 방향으로 또는 후방에서 전방 방향으로 구동 로드(20)에 힘을 가하여, 구동 로드(20)의 전단부의 위치가 전방에서 후방으로 또는 후방으로 전방으로 이동되게 할 수 있다.

위치 조절 부재(31)는 피스톤(32) 및 실린더(33)를 포함할 수 있다.

피스톤(32)은 구동 로드(20)의 길이 방향 일지점에 위치될 수 있다. 피스톤(32)은 구동 로드(20)에 대해 고정되게 제공될 수 있다. 피스톤(32)은 구동 로드(20)의 길이 방향에 수직한 평면상에 설정 면적을 갖도록 제공될 수 있다.

실린더(33)는 내측에 설정 체적의 공간이 형성되어, 피스톤(32)을 수용하도록 제공된다. 실린더(33)의 내측에는 형성된 공간은 구동 로드(20)의 길이 방향에 대해 수직한 방향으로 피스톤(32)에 면적에 대응되는 면적을 가지고, 구동 로드(20)의 길이 방향으로 설정 길이를 갖도록 제공된다. 구동 로드(20)의 전방 단부 및 후방 단부의 실린더(33)를 관통하여, 실린더(33)의 외측에 위치되도록 제공된다. 이에 따라, 피스톤(32)이 실린더(33)의 내측에서 구동 로드(20)의 길이 방향으로 이동되면, 구동 로드(20)의 위치가 변경될 수 있다.

실린더(33)의 전방 영역에는 전방 배관(미도시)이 연결될 수 있다. 전방 배관은 피스톤(32)의 앞쪽에 위치된 실린더(33)의 내측 공간으로 유체를 공급하거나, 실린더(33)의 내측의 유체가 외부로 배출되게 하여, 피스톤(32)이 이동되는 에너지를 제공할 수 있다.

실린더(33)의 후방 영역에는 후방 배관(미도시)이 연결될 수 있다. 후방 배관은 피스톤(32)의 앞쪽에 위치된 실린더(33)의 내측 공간으로 유체를 공급하거나, 실린더(33)의 내측의 유체가 외부로 배출되게 하여, 피스톤(32)이 이동되는 에너지를 제공할 수 있다.

캠(35)은 구동 로드(20)의 후방 단부에 위치될 수 있다. 캠(35)은 구동 로드(20)에 대해 고정되게 제공될 수 있다. 캠(35)은 구동 로드(20)의 길이 방향에 수직한 평면상에 설정 면적을 갖도록 제공될 수 있다.

전방을 향하는 캠(35)은 전면은, 구동 로드(20)를 축으로 한 원주 방향으로 따라, 전후 방향 위치가 상이하게 제공된다. 일 예로, 전후 방향에 수직한 측면에서 바라볼 때, 캠(35)의 전면은 구동 로드(20)의 길이 방향에 수직한 방향에 대해 설정 각도 경사진 구조로 제공될 수 있다. 캠(35)의 전면과 마주보는 일 지점에는 스토퍼(38)가 제공될 수 있다. 스토퍼(38)는 프레임(10)에 고정될 수 있다.

또 다른 실시 예로, 후방을 향하는 캠(35)은 후면은, 구동 로드(20)를 축으로 한 원주 방향으로 따라, 전후 방향 위치가 상이하게 제공될 수 있다. 일 예로, 전후 방향에 수직한 측면에서 바라볼 때, 캠(35)의 후면은 구동 로드(20)의 길이 방향에 수직한 방향에 대해 설정 각도 경사진 구조로 제공될 수 있다. 캠(35)의 후면과 마주보는 일 지점에는 스토퍼(38)가 제공될 수 있다. 스토퍼(38)는 프레임(10)에 고정될 수 있다.

회전 유닛(40)은 구동 로드(20)의 길이 방향으로 제공되는 축을 기준으로 캠(35)이 회전 되게 한다. 회전 유닛(40)은 구동 부재(41) 및 동력 전달부(43)를 포함한다.

구동 부재(41)는 캠(35)이 회전 되는 동력을 제공한다. 일 예로, 구동 부재(41)는 모터로 제공되고, 프레임(10)에 고정될 수 있다.

동력 전달부(43)는 구동 부재(41)의 동력이 캠(35)에 전달되도록 한다. 동력 전달부(43)는 제1 전달 부재(44) 및 제2 전달 부재(45)를 포함한다.

제1 전달 부재(44)는 구동 부재(41)의 동력이 외측으로 전달되게 하고, 제2 전달 부재(45)는 제1 전달 부재(44)와 연결되어, 제1 전달 부재(44)의 동력이 캠(35)으로 전달되게 한다.

일 예로, 제2 전달 부재(45)는 구동 로드(20)의 외측 둘레에 위치되는 풀리, 기어 등으로 제공되고, 제1 전달 부재(44)는 제2 전달 부재(45)와 구동 부재(41)의 축을 연결하는 벨트, 기어 등으로 제공될 수 있다. 이 때, 제2 전달 부재(45)는 구동 로드(20)의 길이 방향을 축으로 구동 로드(20)와 함께 회전 되면서, 구동 로드(20)에 대해 전후 방향으로 설정 거리 이동 가능하게 제공된다. 일 예로, 구동 로드(20)와 제2 전달 부재(45)가 서로 연결되는 부분에는 각각 구동 로드(20)이 길이 방향으로 제공되는 슬릿 형상의 돌기 및 이에 대응되는 홈이 형성되어, 제2 전달 부재(45)는 구동 로드(20)에 대해 전후 방향으로 설정 거리 이동될 수 있다.

또 다른 예로, 제1 전달 부재(44)는 구동 부재(41)의 축의 외측 둘레에 제공되는 기어로 제공되고, 제2 전달 부재(45)는 구동 로드(20)의 외측 둘레에 제공되는 기어로 제공될 수 있다. 이 때, 상술한 바와 같이 제2 전달 부재(45)는 구동 로드(20)와 함께 회전 되면서, 구동 로드(20)에 대해 전후 방향으로 설정 거리 이동 가능하게 제공된다.

도 3 및 도 4는 액추에이터가 동작되는 방법을 설명하는 도면이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 액추에이터(3)는 구동 로드(20)의 전단의 위치가 조절되게 구동된다. 이에 따라, 구동 로드(20)에 연결된 그리퍼(2)의 전후 방향 위치가 조절될 수 있다.

구체적으로, 구동 로드(20)가 전방으로 이동될 수 있는 한계 지점은 캠(35)이 스토퍼(38)와 접하는 지점으로 제한된다. 따라서, 회전 유닛(40)에 의해 캠(35)이 회전되어, 스토퍼(38)와 전후 방향으로 마주보는 캠(35)의 전면이 조절되면, 구동 로드(20)의 전단이 전방으로 이동될 수 있는 한계 지점이 변경될 수 있다.

액추에이터(3)는 캠(35)이 스토퍼(38)와 접한 상태를 유지한 상태로 구동될 수 있다. 이에 따라, 회전 유닛(40)에 의해 캠(35)이 회전되면, 캠(35) 및 구동 로드(20)의 전단은 전방 또는 후방으로 이동될 수 있다. 또한, 전방 배관 또는 후방 배관으로 공급되는 공급 또는 배출되는 유체를 통해 구동 로드(20)의 이동이 병렬적으로 조절될 수 있다.

도 5는 구동 로드가 후방으로 설정 거리 이동되는 상태를 나타내는 도면이다.

도 5를 참조하면, 그립핑 장치(1)의 사용 중, 짧은 시간 내에 구동 로드(20)의 전단을 후방으로 이동시켜야 하는 상황이 발생될 수 있다. 예를 들어, 그리퍼(2)의 전방에 사람, 또는 예측을 벗어난 장애물이 위치된 상태에서, 그리퍼(2)가 전방으로 이동하여, 그리퍼(2)가 사람 또는 장매물과 충돌하는 경우가 발생할 수 있다. 이 경우, 그리퍼(2)는 짧은 시간내에 후방으로 되어야, 그리퍼(2) 및 그리퍼(2)와 충돌되는 대상의 손상이 방지 또는 감소될 수 있다.

본 발명일 실시 예에 따른 액추에이터(3)는 구동 로드(20)가 실린더(33) 및 피스톤(32)에 의해 전후 방향으로 이동 가능하게 제공된다. 이에 따라, 구동 로드(20)의 전단에 충격이 발생되면, 실린더(33) 내측의 유체가 압축되는 형태로 한정적이 저항력을 가지고 구동 로드(20)가 후방으로 이동되어, 충격을 줄일 수 있다. 이를 위해, 스토퍼(38)는 캠(35)의 앞쪽에 위치되고, 실린더(33)의 구동을 위해 사용되는 유체는 공기와 같은 기체인 것이 바람직하다.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

2: 그리퍼 3: 액추에이터
10: 프레임 20: 구동 로드
30: 위치 조절 유닛 32: 피스톤
33: 실린더 35: 캠
38: 스토퍼 40: 회전 유닛
41: 구동 부재 44: 제1 전달 부재
45: 제2 전달 부재

Claims (5)

1. 선형으로 설정 길이를 갖도록 제공되는 구동 로드;
   상기 구동 로드의 후방 단부와 결합하고, 상기 구동 로드의 길이 방향에 수직한 방향에 대해 설정 각도 경사진 전면을 갖는 캠;
   상기 캠의 전면과 마주하는 일 지점에 위치하는 스토퍼;
   상기 구동 로드의 길이 방향 일 지점에서, 상기 구동 로드와 고정 결합하는 피스톤;
   상기 피스톤을 수용하는 내측 공간을 가지며, 상기 내측 공간으로 유체가 공급 및 배출되는 실린더; 및
   상기 구동 로드의 길이 방향으로 제공되는 축을 기준으로 상기 구동 로드와 상기 캠을 회전시키는 회전 유닛을 포함하며,
   상기 회전 유닛의 구동으로 상기 구동 로드와 상기 캠이 회전하고, 상기 유체의 공급 및 배출로 상기 피스톤과 상기 구동 로드가 전후 방향으로 이동하되, 상기 캠과 상기 스토퍼의 접촉으로 상기 구동 로드가 전방으로 이동될 수 있는 한계 지점이 결정되며, 상기 스토퍼가 접촉되는 상기 캠의 전면의 위치에 따라 상기 한계 지점이 변경되는 액추에이터.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 회전 유닛은,
   상기 캠이 회전되는 동력을 제공하는 구동 부재; 및
   상기 구동 부재와 상기 구동 로드를 연결하여, 상기 구동 부재의 동력에 의해 상기 구동 로드가 회전되게 하는 동력 전달부를 포함하는 액추에이터.
5. 작업 대상물을 파지할 수 있는 그리퍼; 및
   전방 단부에 상기 그리퍼가 연결되어, 상기 그리퍼를 전후 방향으로 이동시킬 수 있는 액추에이터를 포함하되,
   상기 액추에이터는,
   선형으로 설정 길이를 갖도록 제공되고, 전방 단부가 상기 그리퍼와 연결되는 구동 로드;
   상기 구동 로드의 후방 단부와 결합하고, 상기 구동 로드의 길이 방향에 수직한 방향에 대해 설정 각도 경사진 전면을 갖는 캠;
   상기 캠의 전면과 마주하는 일 지점에 위치하는 스토퍼;
   상기 구동 로드의 길이 방향 일 지점에서, 상기 구동 로드와 고정 결합하는 피스톤;
   상기 피스톤을 수용하는 내측 공간을 가지며, 상기 내측 공간으로 유체가 공급 및 배출되는 실린더;
   상기 구동 로드의 길이 방향으로 제공되는 축을 기준으로 상기 구동 로드와 상기 캠을 회전시키는 회전 유닛을 포함하며,
   상기 회전 유닛의 구동으로 상기 구동 로드와 상기 캠이 회전하고, 상기 유체의 공급 및 배출로 상기 피스톤과 상기 구동 로드가 전후 방향으로 이동하되, 상기 캠과 상기 스토퍼의 접촉으로 상기 구동 로드가 전방으로 이동될 수 있는 한계 지점이 결정되며, 상기 스토퍼가 접촉되는 상기 캠의 전면의 위치에 따라 상기 한계 지점이 변경되는 그립핑 장치.

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