KR102180092B1 - Shape compliant module and gripper comprising the same - Google Patents

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KR102180092B1
KR102180092B1 KR1020190056845A KR20190056845A KR102180092B1 KR 102180092 B1 KR102180092 B1 KR 102180092B1 KR 1020190056845 A KR1020190056845 A KR 1020190056845A KR 20190056845 A KR20190056845 A KR 20190056845A KR 102180092 B1 KR102180092 B1 KR 102180092B1
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KR
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magnetorheological elastic
adaptation module
elastic body
shape adaptation
driving magnet
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Application number
KR1020190056845A
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Inventor
황혜숙
진경복
김상연
양태헌
신은재
김태훈
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주식회사 다우에프에이
한국기술교육대학교 산학협력단
한국교통대학교산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a patterned shape adaptation module and a gripper having the same. According to one embodiment of the present invention, the patterned shape adaptation module comprises: a magnetorheological elastic body of which rigidity can be variably controlled; and a driving unit controlling a magnetic field applied to the magnetorheological elastic body. The magnetorheological elastic body is formed by addition of magnetic particles to a base polymer, and the magnetic particles are arranged in a plurality of areas which are spaced from each other in the base polymer.

Description

패턴화된 형상적응 모듈 및 이를 포함하는 그리퍼{SHAPE COMPLIANT MODULE AND GRIPPER COMPRISING THE SAME}Patterned conformation module and gripper including the same {SHAPE COMPLIANT MODULE AND GRIPPER COMPRISING THE SAME}

본 발명은 패턴화된 형상적응 모듈 및 이를 포함하는 그리퍼에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 강성을 가변적으로 제어하여 다양한 형상, 크기, 재질을 갖는 비정형 물체를 피킹하기 위한 패턴화된 형상적응 모듈 및 이를 포함하는 그리퍼에 관한 것이다.The present invention relates to a patterned shape adaptation module and a gripper including the same, and in more detail, a patterned shape adaptation module for picking irregular objects having various shapes, sizes, and materials by variably controlling stiffness, and It relates to a gripper containing.

로봇은 산업의 제조 현장에서 용접, 조립, 도장 등의 다양한 작업을 수행하기 위하여 널리 이용된다. 또한, 로봇은 인간의 생활 주변에서 제반 서비스를 제공하는 개인 서비스 영역, 의료 등 전문화된 서비스를 제공하기 위한 전문 서비스 영역을 포함한 전 산업 및 서비스 분야에 걸쳐 그 활용 영역을 점차 넓혀가고 있다.Robots are widely used in industrial manufacturing sites to perform various tasks such as welding, assembly, and painting. In addition, robots are gradually expanding their application areas across all industries and service fields, including a personal service area providing various services around human life, and a specialized service area providing specialized services such as medical care.

특히, 최근에는 물류 시장의 급격한 성장에 따라 물류 자동화를 통해 처리 속도를 높이는 것이 매우 중요하게 되었으며, 이러한 요구에 의해 화물을 집기 위한 피킹 로봇, 화물을 이송하기 위한 이송 로봇 등의 개발이 활발히 진행되고 있다.In particular, in recent years, according to the rapid growth of the logistics market, it has become very important to increase the processing speed through logistics automation, and in response to this demand, the development of picking robots for picking up cargo, transfer robots for transporting cargo, etc. have.

이 중 피킹 로봇에서는 물류 자동화를 실현하기 위하여 비정형 물체, 즉 다양한 형상, 크기, 재질을 갖는 물체를 피킹할 수 있는 그리퍼가 필수적이다.Among them, in the picking robot, a gripper capable of picking atypical objects, that is, objects having various shapes, sizes, and materials, is essential to realize logistics automation.

그리퍼에는 유압 내지 공압으로 구동하는 복수의 핑거를 구비하여 기계적으로 물체를 집을 수 있는 기계식 그리퍼와 물체와의 접합면에 진공을 발생시켜 물체를 집을 수 있는 진공 그리퍼가 있다. 또한, 도전체에 전류가 흐를 때 발생하는 정전기력을 이용하여 물체를 접착하는 방식의 전기접착 그리퍼도 알려져 있다.The gripper includes a mechanical gripper capable of mechanically picking up an object by having a plurality of fingers driven hydraulically or pneumatically, and a vacuum gripper capable of picking up an object by generating a vacuum on a bonding surface of the object. In addition, there is also known an electric adhesive gripper in which an object is adhered using an electrostatic force generated when an electric current flows through a conductor.

하지만, 종래 그리퍼에서는 물체와 접촉하는 부분이 다양한 물체의 형상에 대응하여 유연하게 변형될 수 없었기 때문에 그리퍼와 물체 사이의 충분한 접촉 면적이 보장되지 않아 그리퍼가 물체를 안전하게 피킹하는데 어려움이 있었다. 또한, 종래 그리퍼에서는 물체와 접촉하는 부분이 높은 강성으로 형성되어, 이보다 낮은 강성을 갖는 물체를 그리퍼가 피킹할 때 물체에 손상이 발생하는 문제가 있었다.However, in the conventional gripper, since the part in contact with the object could not be flexibly deformed in correspondence with the shape of various objects, a sufficient contact area between the gripper and the object was not guaranteed, and it was difficult for the gripper to safely pick the object. In addition, in the conventional gripper, a portion in contact with an object is formed with high rigidity, and there is a problem that damage to the object occurs when the gripper picks an object having a lower rigidity.

이처럼, 여전히 비정형 물체를 피킹할 수 있는 그리퍼의 개발이 요구되는 실정이다.As such, there is still a need to develop a gripper capable of picking atypical objects.

미국특허출원공보 제2016/0318190호(2016.11.03)U.S. Patent Application Publication No. 2016/0318190 (2016.11.03)

본 발명은 상술한 종래기술의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 기존 그리퍼의 한계를 극복하면서도 간단한 구조와 쉬운 메커니즘으로 비정형 형상의 물체를 집을 수 있는 형상적응 모듈 및 이를 포함하는 그리퍼를 제공하는 것에 그 목적이 있다.The present invention is to solve the problems of the prior art described above, while overcoming the limitations of the existing gripper, to provide a shape adaptation module capable of picking up an atypical object with a simple structure and an easy mechanism, and a gripper including the same. There is this.

또한, 본 발명은 그리퍼에서 물체와 접촉하는 형상적응부의 초기 강성을 현저하게 낮춤으로써 강성 변화폭을 크게 하여 물체를 안정적으로 집을 수 있는 형상적응 모듈 및 이를 포함하는 그리퍼를 제공하는 것에 목적이 있다.In addition, an object of the present invention is to provide a shape adaptation module capable of stably picking up an object by remarkably lowering the initial stiffness of the shape adaptation portion contacting the object in the gripper, thereby increasing the stiffness variation width, and a gripper including the same.

또한, 본 발명은 인가되는 자기장의 세기에 따른 형상적응부의 강성 변화 속도를 빠르게 하여 물체를 보다 신속하게 집거나 놓을 수 있는 형상적응 모듈 및 이를 포함하는 그리퍼를 제공하는 것에도 그 목적이 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a shape adaptation module capable of quickly picking up or placing an object by speeding a change in stiffness of the shape adapting portion according to the strength of an applied magnetic field, and a gripper including the same.

본 발명의 일 실시예에 따른 패턴화된 형상적응 모듈은 비정형 물체를 피킹하기 위한 그리퍼의 형상적응 모듈로서, 강성이 가변적으로 제어될 수 있는 자기유변 탄성체 및 자기유변 탄성체에 인가되는 자기장을 제어하는 구동부를 포함한다. 여기서, 자기유변 탄성체는 베이스 폴리머에 자성 입자가 첨가되어 형성되고, 자성 입자는 베이스 폴리머에서 서로 이격되는 복수의 영역에 배치된다.The patterned shape adaptation module according to an embodiment of the present invention is a shape adaptation module of a gripper for picking an atypical object, and controls a magnetic field applied to a magnetorheological elastic body and a magnetorheological elastic body whose stiffness can be variably controlled. It includes a driving part. Here, the magnetorheological elastic body is formed by adding magnetic particles to the base polymer, and the magnetic particles are disposed in a plurality of regions spaced apart from each other in the base polymer.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 자성 입자가 배치되는 복수의 영역은 각기 스트립 형태로 형성되거나 라운드 형태로 형성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a plurality of regions in which magnetic particles are disposed may be formed in a strip shape or a round shape.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 자기유변 탄성체에 포함되는 자성 입자는 크기가 서로 적어도 두 종류의 입자를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the magnetic particles included in the magnetorheological elastic body may include at least two types of particles having a size of each other.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 자기유변 탄성체에 포함되는 자성 입자는 투자율이 서로 다른 적어도 두 종류의 입자를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the magnetic particles included in the magnetorheological elastic body may include at least two types of particles having different magnetic permeability.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 구동부는 구동자석부를 포함하고, 구동자석부가 자기유변 탄성체와 이격되는 경우 자기유변 탄성체는 낮은 강성을 가져 외부 물체의 형상에 따라 형상이 변화할 수 있고, 구동자석부가 자기유변 탄성체에 인접하여 위치하는 경우 자기유변 탄성체의 강성이 증가하여 형상이 유지될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, when the driving part includes a driving magnet part, and the driving magnet part is spaced apart from the magnetorheological elastic body, the magnetorheological elastic body is low. The shape may change according to the shape of an external object due to its rigidity, and when the driving magnet portion is located adjacent to the magnetorheological elastic body, the rigidity of the magnetorheological elastic body increases and the shape can be maintained.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 구동부는 전자석을 더 포함하고, 전자석에 전류가 흐를 때 발생하는 자기력을 이용하여 구동자석부와 자기유변 탄성체 사이의 간격을 제어할 수 있다. 또한, 구동부는 구동자석부에 연결되는 스프링을 더 포함하고, 구동자석부가 자기유변 탄성체에 인접하여 위치한 상태로 이동한 후 원래의 위치로 복귀할 때, 스프링의 탄성에 의해 구동자석부의 복귀 속도가 향상될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the driving unit may further include an electromagnet, and a distance between the driving magnet unit and the magnetorheological elastic body may be controlled by using a magnetic force generated when a current flows through the electromagnet. In addition, the driving unit further includes a spring connected to the driving magnet, and when the driving magnet moves to a state located adjacent to the magnetoresistive elastic body and returns to its original position, the return speed of the driving magnet unit is increased by the elasticity of the spring. It can be improved.

본 발명의 다른 실시예에 따른 패턴화된 형상적응 모듈은, 강성이 가변적으로 제어될 수 있고 서로 이격되어 배치되는 복수의 자기유변 탄성체, 복수의 자기유변 탄성체의 상부 및 하부에 배치되어 복수의 자기유변 탄성체를 연결하는 시트부 및 복수의 자기유변 탄성체에 인가되는 자기장을 제어하는 구동부를 포함한다. 여기서, 복수의 자기유변 탄성체는 베이스 폴리머에 자성 입자가 첨가되어 형성된다.In the patterned shape adaptation module according to another embodiment of the present invention, the stiffness can be variably controlled and a plurality of magnetorheological elastic bodies are disposed apart from each other, and a plurality of magnetorheological elastic bodies are disposed above and below the plurality of magnetorheological elastic bodies. And a seat portion for connecting the rheological elastic body and a driving portion for controlling a magnetic field applied to the plurality of magneto-rheological elastic bodies. Here, the plurality of magnetorheological elastic bodies are formed by adding magnetic particles to the base polymer.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 시트부는 복수의 자기유변 탄성체보다 강성이 낮은 재질로 형성될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the sheet portion may be formed of a material having lower rigidity than that of a plurality of magnetorheological elastic bodies.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 복수의 자기유변 탄성체에 포함되는 자성 입자는 크기가 서로 다른 적어도 두 종류의 입자를 포함할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, magnetic particles included in the plurality of magnetorheological elastic bodies may include at least two types of particles having different sizes.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 복수의 자기유변 탄성체에 포함되는 자성 입자는 투자율이 서로 다른 적어도 두 종류의 입자를 포함할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the magnetic particles included in the plurality of magnetorheological elastic bodies may include at least two types of particles having different magnetic permeability.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 구동부는 구동자석부를 포함하고, 구동자석부가 복수의 자기유변 탄성체와 이격되는 경우 복수의 자기유변 탄성체는 낮은 강성을 가져 외부 물체의 형상에 따라 형상이 변화할 수 있고, 구동자석부가 복수의 자기유변 탄성체에 인접하여 위치하는 경우 복수의 자기유변 탄성체의 강성이 증가하여 형상이 유지될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the driving unit includes a driving magnet unit, and when the driving magnet unit is spaced apart from a plurality of magnetorheological elastic bodies, the plurality of magnetorheological elastic bodies have low rigidity, so that the shape may change according to the shape of an external object. In addition, when the driving magnet portion is positioned adjacent to the plurality of magnetorheological elastic bodies, the stiffness of the plurality of magnetorheological elastic bodies is increased and the shape may be maintained.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 구동부는 전자석을 더 포함하고, 전자석에 전류가 흐를 때 발생하는 자기력을 이용하여 구동자석부와 복수의 자기유변 탄성체 사이의 간격을 제어할 수 있다. 또한, 구동부는 구동자석부에 연결되는 스프링을 더 포함하고, 구동자석부가 복수의 자기유변 탄성체에 인접하여 위치한 상태로 이동한 후 원래의 위치로 복귀할 때, 스프링의 탄성에 의해 구동자석부의 복귀 속도가 향상될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the driving unit may further include an electromagnet, and a distance between the driving magnet unit and the plurality of magnetorheological elastic bodies may be controlled by using magnetic force generated when a current flows through the electromagnet. In addition, the driving unit further includes a spring connected to the driving magnet unit, and when the driving magnet unit moves to a state located adjacent to the plurality of magnetorheological elastic bodies and then returns to its original position, the driving magnet unit is returned by the elasticity of the spring. Speed can be improved.

본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼는 비정형 물체를 피킹하기 위한 그리퍼로서, 상술한 패턴화된 형상적응 모듈 및 피킹 로봇의 암에 연결되는 몸체를 포함하며, 패턴화된 형상적응 모듈은 몸체 상에 배치될 수 있다.A gripper according to an embodiment of the present invention is a gripper for picking an atypical object, and includes the above-described patterned shape adaptation module and a body connected to the arm of the picking robot, and the patterned shape adaptation module is on the body. Can be placed.

본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼는 패턴화된 형상적응 모듈 상에 배치되는 전기접착 모듈을 더 포함할 수 있고, 전기접착 모듈은 절연체와 절연체 상에 배치되는 도전체를 포함하여, 도전체에 전압이 인가될 때 발생하는 정전기력에 의해 외부 물체와 접착할 수 있다.The gripper according to an embodiment of the present invention may further include an electrical bonding module disposed on the patterned shape adaptation module, and the electrical bonding module includes an insulator and a conductor disposed on the insulator, It can adhere to external objects by the electrostatic force generated when voltage is applied.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 도전체는, 전기접착 모듈이 패턴화된 형상적응 모듈 상에 배치된 상태에서, 패턴화된 형상적응 모듈의 자기유변 탄성체에서 자성 입자가 배치되는 복수의 영역과 중첩되지 않도록 배치될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the conductor includes a plurality of regions in which magnetic particles are disposed in the magnetorheological elastic body of the patterned shape adaptation module in a state in which the electrical adhesive module is disposed on the patterned shape adaptation module. It can be arranged so as not to overlap.

본 발명의 일 실시예에 따른 패턴화된 형상적응 모듈과 이를 포함하는 그리퍼는 간단한 구조와 쉬운 메커니즘으로 형상적응 모듈의 강성을 가변적으로 제어함으로써 다양한 형상, 크기, 재질을 가진 비정형 물체를 집을 수 있다.The patterned shape adaptation module and the gripper including the same according to an embodiment of the present invention can variably control the rigidity of the shape adaptation module with a simple structure and an easy mechanism to pick up irregular objects having various shapes, sizes, and materials. .

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 형상적응 모듈의 초기 강성과 종기 강성 사이의 강성 변화폭이 넓기 때문에 물체와 접촉할 때에는 낮은 초기 강성을 가져 물체의 외형에 더욱 유연하게 변형될 수 있으며, 물체를 파지할 때에는 충분한 강성을 가져 물체를 안정적으로 파지할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, since the stiffness change width between the initial and final stiffness of the shape adaptation module is wide, when contacting an object, it has low initial stiffness and can be more flexibly deformed in the shape of the object. When gripping, it has sufficient rigidity and can stably grip the object.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴화된 형상적응 모듈의 강성은 인가되는 자기장의 세기에 따라 빠르게 증가하거나 감소하여 물체를 보다 신속하게 집거나 놓을 수 있다.Further, the rigidity of the patterned shape adaptation module according to an embodiment of the present invention increases or decreases rapidly according to the strength of the applied magnetic field, so that an object can be picked up or placed more quickly.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 형상적응 모듈의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 형상적응 모듈의 자기유변 탄성체의 평면도 및 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 형상적응 모듈의 자기유변 탄성체의 강성이 인가되는 자기장의 세기에 따라 변화하는 모습을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 형상적응 모듈의 자기유변 탄성체를 제조하기 위한 금형을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 형상적응 모듈의 자기유변 탄성체를 제조하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예의 변형예에 따른 형상적응 모듈의 자기유변 탄성체의 평면도 및 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 형상적응 모듈의 구동부의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 형상적응 모듈의 자기유변 탄성체의 평면도 및 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 형상적응 모듈과 형상적응 모듈 상에 배치되는 전기접착 모듈의 사시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 형상적응 모듈의 자기유변 탄성체와 형상적응 모듈 상에 배치되는 전기접착 모듈의 평면도 및 단면도이다.
1 is a view showing a gripper according to an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view of a shape adaptation module according to an embodiment of the present invention.
3 is a plan view and a cross-sectional view of a magnetorheological elastic body of a shape adaptation module according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing a state in which the stiffness of the magnetorheological elastic body of the shape adaptation module according to an embodiment of the present invention changes according to the strength of an applied magnetic field.
5 is a view showing a mold for manufacturing a magnetorheological elastic body of a shape adaptation module according to an embodiment of the present invention.
6 is a view showing a process of manufacturing a magnetorheological elastic body of a shape adaptation module according to an embodiment of the present invention.
7 is a plan view and a cross-sectional view of a magnetorheological elastic body of a shape adaptation module according to a modified example of an embodiment of the present invention.
8 is a cross-sectional view of a driving part of a shape adaptation module according to an embodiment of the present invention.
9 is a plan view and a cross-sectional view of a magnetorheological elastic body of a shape adaptation module according to another embodiment of the present invention.
10 is a perspective view of a shape adaptation module and an electrical adhesive module disposed on the shape adaptation module according to an embodiment of the present invention.
11 is a plan view and a cross-sectional view of a magnetorheological elastic body of a shape adaptation module and an electrical bonding module disposed on the shape adaptation module according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in detail enough to be easily implemented by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains.

본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 본 발명과 관계없는 부분의 설명은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly describe the present invention, descriptions of parts not related to the present invention have been omitted, and the same reference numerals will be assigned to the same components throughout the specification.

본 명세서에서 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 "위"에 있다는 것은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "바로 위"에 위치하는 경우 뿐만 아니라 이들 사이에 또 다른 구성요소가 존재하는 경우도 포함하며, 두 개의 구성요소가 연결된다는 것은 이들이 직접 맞닿아 이어지는 것뿐만 아니라 다른 구성요소를 통하여 서로 이어지는 것도 포함하는 의미로 사용된다.In the present specification, the fact that one component is "on" another component includes not only the case where one component is located "directly above" the other component, as well as the case where another component exists between them. In addition, the connection between two components is used to include not only direct contact with each other, but also connecting to each other through other components.

또한, 도면에서 나타난 각 구성요소의 크기, 두께, 위치 등은 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 즉, 명세서에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 일 실시예로부터 다른 실시예로 변경되어 구현될 수 있으며, 개별 구성요소의 위치 또는 배치도 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.In addition, the size, thickness, position, etc. of each component shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of description, and the present invention is not necessarily limited to the illustrated bar. That is, specific shapes, structures, and characteristics described in the specification may be changed and implemented from one embodiment to another without departing from the spirit and scope of the present invention, and the position or arrangement of individual components is also the spirit of the present invention. And it is to be understood that it may be changed without departing from the scope.

따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 행하여지는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 특허청구범위의 청구항들이 청구하는 범위 및 그와 균등한 모든 범위를 포괄하는 것으로 받아들여져야 한다.Therefore, the detailed description to be described below is not made in a limiting sense, and the scope of the present invention should be taken as encompassing the scope claimed by the claims of the claims and all scopes equivalent thereto.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼를 나타내는 도면이다.1 is a view showing a gripper according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼(100)는 피킹 로봇의 엔드 이펙터로서 물체를 피킹하여 운반하는데 이용되며, 몸체(110), 핑거부(120) 및 형상적응 모듈(130)을 포함한다.Referring to FIG. 1, the gripper 100 according to an embodiment of the present invention is used to pick and transport an object as an end effector of a picking robot, and the body 110, the finger part 120, and the shape adaptation module 130 ).

몸체(110)는 피킹 로봇의 단부에 연결되어 피킹 로봇의 제어에 의해 병진 운동 내지 회전 운동을 하는 부분으로서, 충분한 강성을 갖는 재질로 형성될 수 있다.The body 110 is connected to the end of the picking robot to perform translational or rotational motion under the control of the picking robot, and may be formed of a material having sufficient rigidity.

몸체(110)에는 핑거부(120)가 장착되고, 핑거부(120)에 형상적응 모듈(130)이 장착되어 접촉한 물체를 들어올리거나 내려놓는 기능을 수행한다. 본 실시예에서는 핑거부(120)가 두 개의 핑거를 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 핑거의 수는 이에 한정되지 않는다.The finger portion 120 is mounted on the body 110, and the shape adaptation module 130 is mounted on the finger portion 120 to lift or lower an object in contact. In the present embodiment, although the finger part 120 is shown to include two fingers, the number of fingers is not limited thereto.

형상적응 모듈(130)은 피킹 대상 물체와 접촉할 때 그 물체의 형상에 순응하여 형상이 변형될 수 있는 부재로서, 형상적응 모듈(130)은 강성의 제어가 가능하도록 구성되어 물체와 접촉할 때에는 낮은 강성을 가져 물체의 형상에 따라 그 형상이 변형되고, 형상이 변형된 이후에는 강성을 높여 변형된 형상을 유지할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼(100)는 형상적응 모듈(130)을 통해 물체를 안전하게 파지하고 지정된 장소로 운반할 수 있다.The shape adaptation module 130 is a member that can be deformed in conformity with the shape of the object when it comes into contact with an object to be picked, and the shape adaptation module 130 is configured to enable rigidity control so that when contacting the object It has low rigidity, and the shape is deformed according to the shape of the object, and after the shape is deformed, the rigidity is increased and the deformed shape can be maintained. Accordingly, the gripper 100 according to an embodiment of the present invention can safely grip an object through the shape adaptation module 130 and transport it to a designated place.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 형상적응 모듈(130)을 더욱 상세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, the shape adaptation module 130 according to an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 형상적응 모듈의 사시도로서, 도 2를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 형상적응 모듈(130)은 자기유변 탄성체(131)와 구동부(133)를 포함한다.2 is a perspective view of a shape adaptation module according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, the shape adaptation module 130 according to an embodiment of the present invention includes a magnetorheological elastic body 131 and a driving part 133. Include.

본 발명의 일 실시예에 따른 형상적응 모듈(130)의 자기유변 탄성체(131)(MRE, Magneto-rheological Elastomer)는 형상적응 모듈(130)의 단부, 즉 물체와 접촉하는 부분에 형성된다. 자기유변 탄성체(131)는 실리콘 등의 베이스 폴리머에 자성 입자가 첨가되어 이루어지며, 자기장이 인가될 때 자성 입자가 방향성을 갖고 배열되면서 강성이 증가하는 성질을 갖는다. 즉, 자기유변 탄성체(131)는, 자기장이 인가되지 않은 상태에서는 낮은 강성을 가져 물체와 접촉하면 물체의 형상에 따라 변형되고, 자기장이 인가되면 강성이 증가하여 그 형상이 유지된다.The magneto-rheological elastomer 131 (MRE, Magneto-rheological Elastomer) of the shape adaptation module 130 according to an embodiment of the present invention is formed at the end of the shape adaptation module 130, that is, a portion in contact with an object. The magnetorheological elastic body 131 is formed by adding magnetic particles to a base polymer such as silicon, and has a property of increasing stiffness as the magnetic particles are arranged with orientation when a magnetic field is applied. That is, the magnetorheological elastic body 131 has low rigidity when a magnetic field is not applied, and is deformed according to the shape of the object when it comes into contact with an object, and when the magnetic field is applied, the rigidity increases and the shape is maintained.

본 발명의 일 실시예에 따른 형상적응 모듈(130)은 이러한 자기유변 탄성체(131)의 특성을 이용하여 비정형 물체의 외형을 감싸고 안전하게 파지할 수 있다.The shape adaptation module 130 according to an embodiment of the present invention may cover the outer shape of an atypical object and safely grip it by using the characteristics of the magnetorheological elastic body 131.

한편, 자기장이 인가되지 않은 상태에서의 자기유변 탄성체(131)의 강성(이하, '초기 강성'이라고 함)은, 형상적응 모듈(130)이 물체와 접촉하여 변형될 때 물체와의 접촉 면적을 최대한 넓히기 위하여 가능한 낮게 설정되는 것이 바람직하다. 이와 동시에, 자기장이 인가된 상태에서의 자기유변 탄성체(131)의 강성(이하, '종기 강성'이라고 함)은, 물체를 안정적으로 파지하기 위하여 사전 설정된 강성 이상으로 설계되는 것이 바람직하다. 다만, 자기유변 탄성체(131)는 기본적으로 철가루와 같은 자성 입자를 포함하기 때문에, 자기유변 탄성체(131)의 초기 강성은 실리콘과 같은 베이스 폴리머만으로 이루어진 탄성체의 강성보다는 상대적으로 높다.On the other hand, the stiffness of the magnetorheological elastic body 131 in a state in which a magnetic field is not applied (hereinafter, referred to as'initial stiffness') is the contact area with the object when the shape adaptation module 130 is in contact with the object and is deformed. It is desirable to set it as low as possible in order to maximize it. At the same time, it is preferable that the stiffness of the magnetorheological elastic body 131 in a state in which a magnetic field is applied (hereinafter, referred to as “end stiffness”) is designed to be greater than or equal to a predetermined stiffness in order to stably grip the object. However, since the magnetorheological elastic body 131 basically includes magnetic particles such as iron powder, the initial stiffness of the magnetorheological elastic body 131 is relatively higher than that of an elastic body made of only a base polymer such as silicon.

이에, 본 발명의 일 실시예에서는 자기유변 탄성체(131)가 물체의 형상에 순응하여 충분히 변형될 수 있도록 자기유변 탄성체(131)의 초기 강성을 낮출 수 있는 방안을 안출하였다.Accordingly, in an embodiment of the present invention, a method for lowering the initial stiffness of the magnetorheological elastic body 131 has been devised so that the magnetorheological elastic body 131 can be sufficiently deformed according to the shape of the object.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 형상적응 모듈의 자기유변 탄성체의 평면도 및 단면도로서, 도 3을 참조하면, 자기유변 탄성체(131)에서 자성 입자는 베이스 폴리머(131b)에서 서로 이격되는 복수의 영역(131a)에 배치된다. 구체적으로, 자기유변 탄성체(131) 내의 복수의 영역(131a)은 베이스 폴리머(131b)에서 서로 일정한 간격으로 이격되어 배열되는 스트립(strip) 형태로 형성되고, 자성 입자는 스트립 형태의 복수의 영역(131a)에 모여 자성 입자군을 형성한다. 즉, 자기유변 탄성체(131)에서 자성 입자는 패턴화된 복수의 영역(131a)에 배치된다.3 is a plan view and a cross-sectional view of a magnetorheological elastic body of a shape adaptation module according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, magnetic particles in the magnetorheological elastic body 131 are a plurality of magnetic particles spaced apart from each other in the base polymer 131b. It is disposed in the area 131a. Specifically, the plurality of regions 131a in the magnetorheological elastic body 131 are formed in the form of a strip arranged at regular intervals apart from each other in the base polymer 131b, and the magnetic particles are formed in a plurality of regions in the form of a strip ( 131a) to form a magnetic particle group. That is, in the magnetorheological elastic body 131, magnetic particles are disposed in a plurality of patterned regions 131a.

이처럼, 본 실시예에 따르면, 자기유변 탄성체(131) 내에 자성 입자가 일부 영역에만 배열되어 있어, 자성 입자가 전체적으로 배열되어 있는 경우와 비교할 때 자기유변 탄성체(131)가 상대적으로 낮은 초기 강성을 갖게 된다.As described above, according to the present embodiment, since magnetic particles are arranged in only a partial region in the magnetorheological elastic body 131, the magnetorheological elastic body 131 has relatively low initial stiffness compared to the case where the magnetic particles are arranged entirely. do.

한편, 본 실시예에서 자기유변 탄성체(131)에 포함되는 자성 입자는 크기가 서로 다른 적어도 두 종류의 입자를 포함할 수 있다. 이를 통해, 자기장이 인가될 때 크기가 작은 자성 입자가 크기가 큰 자성 입자 사이사이에 배열되어 종기 강성을 높일 수 있다.Meanwhile, in the present embodiment, the magnetic particles included in the magnetorheological elastic body 131 may include at least two types of particles having different sizes. Through this, when a magnetic field is applied, magnetic particles having a small size are arranged between the magnetic particles having a large size, thereby increasing final stiffness.

또한, 본 실시예에서 자기유변 탄성체(131)에 포함되는 자성 입자는 투자율이 서로 다른 적어도 두 종류의 입자, 예를 들어 강자성 입자와 연자성 입자를 포함할 수 있다. 이를 통해, 상대적으로 약한 자기장이 인가될 때에도 연자성 입자의 배열로 인해 강성이 증가하기 시작하며, 상대적으로 큰 자기장이 인가되면 강자성 입자도 배열되어 종기 강성을 크게 할 수 있다. 즉, 종기 강성을 크게 하면서도 강성 변화의 응답을 빠르게 할 수 있다.In addition, in the present embodiment, the magnetic particles included in the magnetorheological elastic body 131 may include at least two types of particles having different magnetic permeability, for example, ferromagnetic particles and soft magnetic particles. Through this, even when a relatively weak magnetic field is applied, the stiffness starts to increase due to the arrangement of the soft magnetic particles, and when a relatively large magnetic field is applied, the ferromagnetic particles are also arranged to increase the final stiffness. In other words, while increasing the final stiffness, the response to the stiffness change can be accelerated.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 형상적응 모듈의 자기유변 탄성체의 강성이 인가되는 자기장의 세기에 따라 변화하는 모습을 나타내는 그래프이다. 도 4에서 X축은 자기유변 탄성체에 인가되는 자기장의 세기(B)를 나타내고, Y축은 자기유변 탄성체의 강성(S)을 나타낸다. 그리고 도 4에서의 점선은 비교예, 즉 자성 입자가 베이스 폴리머에 균일하게 배열되어 있는 자기유변 탄성체의 자기장의 세기에 따른 강성의 변화를 나타내고, 실선은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기유변 탄성체의 자기장의 세기에 따른 강성의 변화를 나타낸다.4 is a graph showing a state in which the stiffness of the magnetorheological elastic body of the shape adaptation module according to an embodiment of the present invention changes according to the strength of an applied magnetic field. In FIG. 4, the X axis represents the strength (B) of the magnetic field applied to the magnetorheological elastic body, and the Y axis represents the stiffness (S) of the magnetorheological elastic body. And the dotted line in FIG. 4 represents the change in stiffness according to the strength of the magnetic field of a comparative example, that is, a magnetorheological elastic body in which magnetic particles are uniformly arranged in a base polymer, and a solid line is a magnetorheological elastic body according to an embodiment of the present invention. It represents the change in stiffness according to the strength of the magnetic field of

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기유변 탄성체의 초기 강성(Si2)은 자성 입자가 패턴화된 복수의 영역(131a)에 배치되어 비교예에 따른 자기유변 탄성체의 초기 강성(Si1) 보다 낮다. 이에 따라 자기유변 탄성체가 물체와 접촉할 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기유변 탄성체는 비교예에 따른 자기유변 탄성체에 비하여 물체의 외형에 유연하게 변형하여 더 넓은 면적에 걸쳐 접촉이 이루어지게 된다.4, the initial stiffness (S i2 ) of the magnetorheological elastic body according to an embodiment of the present invention is disposed in a plurality of regions 131a in which magnetic particles are patterned, so that the initial stiffness of the magnetorheological elastic body according to the comparative example It is lower than (S i1 ). Accordingly, when the magnetorheological elastic body is in contact with an object, the magnetorheological elastic body according to an embodiment of the present invention flexibly deforms to the external shape of the object compared to the magnetorheological elastic body according to the comparative example so that the contact is made over a wider area. do.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기유변 탄성체의 경우 비교예에 따른 자기유변 탄성체에 비하여 자기장의 세기에 따라 강성이 빠르게 변화한다.In addition, in the case of the magnetorheological elastic body according to an embodiment of the present invention, the stiffness rapidly changes according to the strength of the magnetic field compared to the magnetorheological elastic body according to the comparative example.

이처럼, 실시예에 따른 형상적응 모듈은 넓은 강성 변화폭을 가져 물체를 보다 안정적으로 파지할 수 있을 뿐만 아니라, 인가되는 자기장의 세기에 따라 강성이 빠르게 변화하기 때문에 물체를 집고 놓는 속도가 빨라져 신속하고 효율적으로 피킹 작업을 도모할 수 있게 된다.As described above, the shape adaptation module according to the embodiment not only has a wide stiffness variation width to more stably grip the object, but also because the stiffness rapidly changes according to the strength of the applied magnetic field, the speed at which the object is picked up and placed is increased quickly and efficiently. It becomes possible to plan the picking operation.

한편, 도 4에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기유변 탄성체와 비교예에 따른 자기유변 탄성체의 종기 감성은 서로 같은 것으로 도시하였으나, 본 실시예에서는 크기 및/또는 투자율이 서로 다른 적어도 두 종류의 자성 입자를 사용함으로써 종기 강성을 높일 수 있음은 상술한 바와 같다.Meanwhile, in FIG. 4, it is shown that the end sensitivity of the magnetorheological elastic body according to the embodiment of the present invention and the magnetorheological elastic body according to the comparative example are the same, but in this embodiment, at least two types of different sizes and/or magnetic permeability It is as described above that the final stiffness can be increased by using magnetic particles.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 형상적응 모듈의 자기유변 탄성체를 제조하기 위한 금형을 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 형상적응 모듈의 자기유변 탄성체를 제조하는 과정을 나타내는 도면으로서, 이들 도면을 참조하여 패턴화된 복수의 영역에 자성 입자가 배치되는 자기유변 탄성체의 제조 방법을 설명한다.FIG. 5 is a view showing a mold for manufacturing a magnetorheological elastic body of a shape adaptation module according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a process of manufacturing a magnetoresistive elastic body of a shape adaptation module according to an embodiment of the present invention. With reference to these drawings, a method of manufacturing a magnetoresistive elastic body in which magnetic particles are disposed in a plurality of patterned regions will be described.

우선, 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 형상적응 모듈(130)의 자기유변 탄성체(131)를 제조하기 위한 금형(200)은 상부 금형(210)과 하부 금형(220)으로 구성된다. 상부 금형(210) 및 하부 금형(220)에는 각각 복수의 막대 자석(211, 221)이 일정한 간격으로 배열되어 있으며, 이들은 상부 금형(210)과 하부 금형(220)이 체결된 상태에서 서로 대향하도록 배치된다.First, referring to FIG. 5, a mold 200 for manufacturing the magnetorheological elastic body 131 of the shape adaptation module 130 according to the present embodiment includes an upper mold 210 and a lower mold 220. In the upper mold 210 and the lower mold 220, a plurality of bar magnets 211 and 221 are arranged at regular intervals, respectively, so that they face each other while the upper mold 210 and the lower mold 220 are fastened. Is placed.

도 6을 참조하면, 베이스 폴리머에 자성 입자를 첨가한 혼합물(M)을 상술한 하부 금형(220)에 도포하고, 상부 금형(210)을 하부 금형(220)에 체결하여 혼합물(M)을 경화한다. 이때, 상부 금형(210)과 하부 금형(220)의 막대 자석(211, 221)이 서로 대향하여 배치되고, 막대 자석(211, 221)에 의해 발생하는 자기장의 영향으로 자성 입자들이 막대 자석(211, 221)이 배치된 영역에 모이게 된다. 이에 따라, 혼합물(M)의 경화가 완료되면, 도 3에 도시된 바와 같이, 자성 입자가 스트립 패턴을 갖는 복수의 영역(131a)에 배치된 자기유변 탄성체(131)가 형성된다.Referring to FIG. 6, a mixture (M) obtained by adding magnetic particles to a base polymer is applied to the above-described lower mold 220, and the upper mold 210 is fastened to the lower mold 220 to cure the mixture (M). do. At this time, the bar magnets 211 and 221 of the upper mold 210 and the lower mold 220 are disposed to face each other, and magnetic particles are transferred to the bar magnet 211 due to the influence of the magnetic field generated by the bar magnets 211 and 221. , 221) are gathered in the arranged area. Accordingly, when the curing of the mixture M is completed, as shown in FIG. 3, the magnetorheological elastic body 131 in which magnetic particles are disposed in a plurality of regions 131a having a strip pattern is formed.

한편, 자성 입자가 배치되는 영역의 패턴은 스트립 형상 이외에도 자기유변 탄성체(131)의 초기 강성을 낮추고 강성 변화 속도를 높일 수 있는 다양한 형태로 변경이 가능하다.Meanwhile, in addition to the strip shape, the pattern of the region in which the magnetic particles are disposed may be changed into various shapes capable of lowering the initial stiffness of the magnetorheological elastic body 131 and increasing the stiffness change rate.

도 7은 본 발명의 일 실시예의 변형예에 따른 형상적응 모듈의 자기유변 탄성체의 평면도 및 단면도로서, 도 7에 도시된 바와 같이 자성 입자가 배치되는 영역(131a')은 서로 이격되어 있는 라운드(round) 형태로 형성될 수 있다. 즉, 본 변형예에 따르면 자성 입자는 자기유변 탄성체(131')의 베이스 폴리머(131b')에서 복수의 원통 모양의 영역(131a')에 배치될 수 있다. 이러한 형태의 자기유변 탄성체(131') 역시 도 4 및 도 5를 통해 설명한 방식과 동일한 방식으로 형성하되, 라운드 형상의 자석이 복수 배열된 상부 금형과 하부 금형을 이용하여 형성할 수 있다.7 is a plan view and a cross-sectional view of a magnetorheological elastic body of a shape adaptation module according to a modified example of an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7, regions 131a ′ in which magnetic particles are disposed are rounds spaced apart from each other ( It can be formed in a round) shape. That is, according to the present modified example, the magnetic particles may be disposed in a plurality of cylindrical regions 131a' in the base polymer 131b' of the magnetorheological elastic body 131'. The magnetorheological elastic body 131 ′ of this type is also formed in the same manner as described with reference to FIGS. 4 and 5, but may be formed using an upper mold and a lower mold in which a plurality of round magnets are arranged.

본 발명의 일 실시예에 따른 형상적응 모듈(130)의 구동부(133)는 자기유변 탄성체(131)에 대한 자기장 인가 여부 및 인가되는 자기장의 세기를 제어하는 기능을 수행한다.The driving unit 133 of the shape adaptation module 130 according to an embodiment of the present invention controls whether a magnetic field is applied to the magnetorheological elastic body 131 and the strength of the applied magnetic field.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 형상적응 모듈의 구동부의 단면도로서, 도 8을 참조하면 본 실시예에 따른 구동부(133)는 하우징(133a), 구동자석부(133b), 전자석(133c) 및 스프링(133d)을 포함할 수 있다.8 is a cross-sectional view of a driving unit of a shape adaptation module according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG. 8, the driving unit 133 according to the present exemplary embodiment includes a housing 133a, a driving magnet unit 133b, and an electromagnet 133c. ) And a spring (133d).

하우징(133a)은 구동부(133)의 외관을 형성하는 부분으로, 그 내부에 구동자석부(133b), 전자석(133c) 및 스프링(133d)을 수용할 수 있다.The housing 133a is a portion forming the exterior of the driving unit 133 and may accommodate a driving magnet portion 133b, an electromagnet 133c, and a spring 133d therein.

구동자석부(133b)는 자기장을 인가하여 자기유변 탄성체(131)의 강성을 제어하기 위한 것으로서, 하우징(133a) 내부의 중앙부에 배치된다. 구동자석부(133b)는 적어도 하나의 영구자석을 포함할 수 있으며, 영구자석으로는 네오디뮴 자석을 사용할 수 있다. 영구자석의 크기, 배치, 종류 등은 특정한 실시 형태로 제한되지 않으며, 구동자석부(133b)가 자기유변 탄성체(131)에 인접하여 위치할 때 자기유변 탄성체(131)에 충분한 강성을 부여할 수 있는 자기장이 형성될 수 있는 다양한 형태로 변경할 수 있다.The driving magnet part 133b is for controlling the stiffness of the magnetorheological elastic body 131 by applying a magnetic field, and is disposed in the central part of the housing 133a. The driving magnet part 133b may include at least one permanent magnet, and a neodymium magnet may be used as the permanent magnet. The size, arrangement, type, etc. of the permanent magnet are not limited to a specific embodiment, and when the driving magnet part 133b is positioned adjacent to the magnetorheological elastic body 131, sufficient rigidity can be imparted to the magnetorheological elastic body 131. It can be changed into various forms in which a magnetic field can be formed.

전자석(133c)은 구동자석부(133b)의 위치를 제어하는 기능을 수행하는 것으로서, 전자석(133c)은 구동자석부(133b)를 기준으로 자기유변 탄성체(131)의 맞은 편에 배치된다. 전자석(133c)은 코어와 코어를 감고 있는 솔레노이드 코일을 포함하여, 솔레노이드 코일에 전압이 인가될 때 형성되는 자기력으로, 즉 영구자석과의 사이에 발생하는 척력 또는 인력으로 영구자석을 포함하는 구동자석부(133b)의 위치, 즉 구동자석부(133b)와 자기유변 탄성체(131) 사이의 간격을 제어한다.The electromagnet 133c serves to control the position of the driving magnet part 133b, and the electromagnet 133c is disposed opposite the magnetorheological elastic body 131 with respect to the driving magnet part 133b. The electromagnet 133c is a magnetic force formed when a voltage is applied to the solenoid coil, including a core and a solenoid coil winding the core, that is, a driving magnet including a permanent magnet by repulsive force or attraction generated between the permanent magnet. The position of the portion 133b, that is, the distance between the driving magnet portion 133b and the magnetorheological elastic body 131 is controlled.

스프링(133d)은 구동자석부(133b)가 전자석(133c)에 의해 자기유변 탄성체(131) 쪽으로 이동한 후 자기력이 제거될 때 탄성에 의해 원래의 위치로 복귀하도록 한다. 도시된 바와 같이, 스프링(133d)은 일단과 타단이 각각 구동자석부(133b)와 자기유변 탄성체(131) 측의 하우징(133a)에 고정적으로 연결된다. 이에 따라, 구동자석부(133b)가 전자석(133c)에 의해 자기유변 탄성체(131) 쪽으로 이동할 때에는 스프링(133d)이 압축되고, 이후 전자석(133c)이 구동자석부(133b)를 자기유변 탄성체(131) 쪽으로 미는 자기력이 제거될 때 스프링(133d)의 탄성 복원력에 의해 구동자석부(133b)가 원래의 위치로 복귀하게 된다.The spring 133d causes the driving magnet part 133b to return to its original position by elasticity when the magnetic force is removed after the driving magnet part 133b is moved toward the magnetorheological elastic body 131 by the electromagnet 133c. As shown, one end and the other end of the spring 133d are fixedly connected to the driving magnet part 133b and the housing 133a on the side of the magnetoresistive elastic body 131, respectively. Accordingly, when the driving magnet part 133b moves toward the magnetorheological elastic body 131 by the electromagnet 133c, the spring 133d is compressed, and then the electromagnet 133c connects the driving magnet part 133b to the magnetorheological elastic body ( When the magnetic force pushing toward 131 is removed, the driving magnet part 133b is returned to its original position by the elastic restoring force of the spring 133d.

위와 같은 구동부(133)의 구성에 따라, 구동자석부(133b)를 자기유변 탄성체(131)에 인접한 위치로 이동시키고자 하는 경우에는 전자석(133c)과 구동자석부(133b) 사이에 척력이 작용하도록 전자석(133c)의 솔레노이드 코일에 일 방향으로 전류를 흐르게 한다. 반대로 구동자석부(133b)를 원래 위치로 복귀시키고자 하는 경우에는 전자석(133c)에 전압 인가를 해제하여 스프링(133d)의 탄성력에 의해 구동자석부(133b)가 원래의 위치로 돌아가게 한다. 구동자석부(133b)를 원래 위치로 복귀시킬 때 전자석(133c)과 구동자석부(133b) 사이에 인력이 작용하도록 전자석(133c)의 솔레노이드 코일에 전류를 흐르게 할 수도 있다. 이 경우, 스프링(133d)의 탄성에 의해서만 구동자석부(133b)가 복귀하는 경우에 비하여 빠른 속도로 구동자석부(133b)를 복귀시킬 수 있어, 그리퍼가 물체를 집었다 놓는 속도, 즉 물체의 탈착 속도를 증가시키는 속도를 증가시킬 수 있다.According to the configuration of the driving part 133 as described above, when moving the driving magnet part 133b to a position adjacent to the magnetorheological elastic body 131, a repulsive force acts between the electromagnet 133c and the driving magnet part 133b. Thus, a current flows in one direction through the solenoid coil of the electromagnet 133c. Conversely, in the case of returning the driving magnet part 133b to its original position, voltage is released to the electromagnet 133c so that the driving magnet part 133b returns to its original position by the elastic force of the spring 133d. When the driving magnet part 133b is returned to its original position, a current may flow through the solenoid coil of the electromagnet 133c so that attractive force acts between the electromagnet 133c and the driving magnet part 133b. In this case, the driving magnet part 133b can be restored at a higher speed compared to the case in which the driving magnet part 133b is returned only by the elasticity of the spring 133d, so that the speed at which the gripper picks up and releases the object It is possible to increase the speed of increasing the detachment speed.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 형상적응 모듈의 자기유변 탄성체의 평면도 및 단면도이다. 본 실시예에 따른 형상적응 모듈은 전술한 실시예와 자기유변 탄성체의 형상 및 구조에서 차이가 있으며, 형상적응 모듈이 작동하는 원리, 구동부의 구조 등은 동일하다. 따라서, 이하의 설명에서는 동일한 구성에 대하여는 그 설명을 생략하도록 한다.9 is a plan view and a cross-sectional view of a magnetorheological elastic body of a shape adaptation module according to another embodiment of the present invention. The shape adaptation module according to the present embodiment differs from the above-described embodiment in the shape and structure of the magnetorheological elastic body, and the principle of operation of the shape adaptation module and the structure of the drive unit are the same. Therefore, in the following description, the description of the same configuration will be omitted.

도 9를 참조하면, 형상적응 모듈(230)에서 물체와 접촉하는 부분인 형상적응부는 복수의 자기유변 탄성체(231)와 시트부(232)를 포함한다. 본 실시예에서 자기유변 탄성체(231)는 베이스 폴리머에 적어도 한 종류의 자성 입자를 첨가하고, 이를 로드(rod) 형상으로 경화하여 형성될 수 있다. 시트부(232)는 물체와 접촉하는 부분인 상부 시트(232a)와 구동부와 연결되는 부분인 하부 시트(232b)를 포함하며, 이들은 자성 입자를 포함하지 않은 베이스 폴리머로 이루어질 수 있다.Referring to FIG. 9, the shape adaptation part, which is a part of the shape adaptation module 230 in contact with an object, includes a plurality of magnetorheological elastic bodies 231 and a seat part 232. In this embodiment, the magnetorheological elastic body 231 may be formed by adding at least one type of magnetic particle to a base polymer and curing it in a rod shape. The sheet portion 232 includes an upper sheet 232a, which is a part in contact with an object, and a lower sheet 232b, which is a part connected to the driving part, and these may be made of a base polymer that does not contain magnetic particles.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 복수의 자기유변 탄성체(231)는 서로 이격되어 배치되며, 이들 사이에는 빈 공간이 형성된다. 그리고 시트부(232)의 상부 시트(232a)와 하부 시트(232b)가 이격 배치되는 복수의 자기유변 탄성체(231)를 연결하는 역할을 한다.According to another embodiment of the present invention, a plurality of magnetorheological elastic bodies 231 are disposed to be spaced apart from each other, and an empty space is formed between them. In addition, the upper sheet 232a and the lower sheet 232b of the seat portion 232 are connected to a plurality of magnetorheological elastic bodies 231 spaced apart from each other.

이처럼, 본 실시예에 따른 형상적응 모듈(230)에서는 물체와 접촉하는 부분에 강성이 낮은 탄성체로 이루어지는 상부 시트(232a)를 두고, 복수의 자기유변 탄성체(231) 사이사이에 빈 공간이 형성되어, 초기 강성을 더욱 낮출 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에 따른 형상적응 모듈은 물체에 접촉할 때 더욱 유연하게 변형되어 물체의 형상에 순응하여 접촉 면적을 넓힐 수 있고, 자기장 인가에 따른 강성 변화폭을 크게 할 수 있다.As described above, in the shape adaptation module 230 according to the present embodiment, an upper sheet 232a made of an elastic body having low rigidity is placed in a portion in contact with an object, and an empty space is formed between the plurality of magnetorheological elastic bodies 231. , The initial rigidity can be further lowered. Accordingly, the shape adaptation module according to the present embodiment can be more flexibly deformed when contacting an object, thereby increasing the contact area in conformity with the shape of the object, and increasing the stiffness change width according to the application of a magnetic field.

본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼는 형상적응 모듈 외에 물체를 안정적으로 파지하기 위한 구성을 더 포함할 수 있다.In addition to the shape adaptation module, the gripper according to an embodiment of the present invention may further include a configuration for stably gripping an object.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 형상적응 모듈과 형상적응 모듈 상에 배치되는 전기접착 모듈의 사시도이고, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 형상적응 모듈과 형상적응 모듈 상에 배치되는 전기접착 모듈의 평면도 및 단면도로서, 이하에서는 이들 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 형상적응 모듈 상에 전기접착 모듈이 추가적으로 배치되는 구조를 설명한다. 후술하는 전기접착 모듈은 앞서 설명한 실시예들 및 변형예에 모두 적용될 수 있다.10 is a perspective view of a shape adaptation module and an electrical bonding module disposed on the shape adaptation module according to an embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a perspective view of the shape adaptation module and the shape adaptation module according to an embodiment of the present invention. As a plan view and a cross-sectional view of an electrical bonding module, a structure in which an electrical bonding module is additionally disposed on a shape adaptation module according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to these drawings. The electrical bonding module to be described later can be applied to all of the above-described embodiments and modifications.

도 10 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼는 형상적응 모듈(130) 상에 배치되는 전기접착 모듈(140)을 더 포함할 수 있다. 형상적응 모듈(130) 상에 배치되는 전기접착 모듈(140)은 절연체(141) 및 절연체(141) 상에 설치되는 도전체(142)를 포함하여, 도전체(142)에 전압이 인가될 때 외부 물체에 반대 극성이 유도되어 발생하는 정전기력을 이용하여 물체를 접착시킬 수 있다. 전기접착 모듈(140)의 절연체(141)는 폴리우레탄, PDMS, 폴리이미드 등의 유연하고 변형이 가능한 소재로 이루어질 수 있으며, 도전체(142)는 금속, 카본, 도전성 폴리머 등의 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 10 and 11, the gripper according to an embodiment of the present invention may further include an electrical adhesion module 140 disposed on the shape adaptation module 130. The electrical adhesion module 140 disposed on the shape adaptation module 130 includes an insulator 141 and a conductor 142 disposed on the insulator 141, when a voltage is applied to the conductor 142 The object can be bonded by using the electrostatic force generated by inducing the opposite polarity to the external object. The insulator 141 of the electrical bonding module 140 may be made of a flexible and deformable material such as polyurethane, PDMS, and polyimide, and the conductor 142 is made of a conductive material such as metal, carbon, and conductive polymer. I can.

이에 따라, 본 실시예에 따른 그리퍼로 물체를 집기 위해 전기접착 모듈(140)이 물체와 접촉하면, 양자 사이에 발생하는 정전기력에 의해 절연체(141)의 표면이 외부 물체 표면과 밀착하면서 접촉 면적이 넓어지게 되어 전기접착력과 파지력을 극대화할 수 있다.Accordingly, when the electrical bonding module 140 contacts the object to pick up the object with the gripper according to the present embodiment, the surface of the insulator 141 is in close contact with the surface of the external object due to the electrostatic force generated between the two, and the contact area is increased. As it becomes wider, electric adhesion and gripping power can be maximized.

전기접착 모듈(140)의 도전체(142)의 패턴은 도시된 바에 한정되지 않으며, 물체와의 전기접착력이 극대화될 수 있는 다양한 형태로 변경될 수 있다.The pattern of the conductor 142 of the electrical adhesion module 140 is not limited to that shown, and may be changed in various forms in which electrical adhesion with an object can be maximized.

다만, 본 발명의 일 실시예에서는, 전기접착 모듈(140)이 형상적응 모듈(130) 상에 배치된 상태에서, 전기접착 모듈(140)의 도전체(142)가 자기유변 탄성체(131)의 자성 입자가 배치되는 영역(131a)과 중첩되지 않도록 배치된다. 이는, 전기접착 모듈(140)에 전기접착력을 부여하기 위해 도전체(142)에 전압을 인가할 때, 전류의 흐름에 따라 발생하는 자기장에 의해 형상적응 모듈(130)의 구동부(133)에서 인가되는 자기장이 상쇄되지 않도록 하기 위함이다.However, in an embodiment of the present invention, in a state in which the electrical bonding module 140 is disposed on the shape adaptation module 130, the conductor 142 of the electrical bonding module 140 is formed of the magnetorheological elastic body 131. It is disposed so as not to overlap with the region 131a in which the magnetic particles are disposed. This is applied by the driving unit 133 of the shape adaptation module 130 by a magnetic field generated by the flow of current when a voltage is applied to the conductor 142 in order to impart electrical adhesion to the electrical adhesion module 140 This is to prevent the magnetic field from being canceled.

이상 본 발명을 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예에 의해 설명하였으나, 위 실시예는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.Although the present invention has been described by specific matters such as specific elements and limited embodiments, the above embodiments are provided only to aid in a more general understanding of the present invention, and the present invention is not limited thereto, and the present invention is Those of ordinary skill in the relevant technical field can make various modifications and variations from these descriptions.

따라서, 본 발명의 사상은 앞서 설명된 실시예들에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention is limited to the above-described embodiments and should not be determined, and all things modified equally or equivalently to the claims as well as the claims to be described later belong to the scope of the spirit of the present invention. something to do.

100: 그리퍼
110: 몸체
120: 핑거부
130, 230: 형상적응 모듈
131, 231: 자기유변 탄성체
133: 구동부
140: 전기접착 모듈
232: 시트부
100: gripper
110: body
120: finger part
130, 230: conformation module
131, 231: magnetorheological elastomer
133: drive unit
140: electrical bonding module
232: seat portion

Claims (18)

비정형 물체를 피킹하기 위한 그리퍼의 형상적응 모듈로서,
강성이 가변적으로 제어될 수 있는 자기유변 탄성체 및
상기 자기유변 탄성체에 인가되는 자기장을 제어하는 구동부를 포함하고,
상기 자기유변 탄성체는 베이스 폴리머에 자성 입자가 첨가되어 형성되고,
상기 자성 입자는 상기 베이스 폴리머에서 서로 이격되는 복수의 영역에 배치되어 상기 복수의 영역에서 각기 자성 입자군을 형성하는, 패턴화된 형상적응 모듈.
As a shape adaptation module of the gripper for picking atypical objects,
Magnetorheological elastomer whose stiffness can be variably controlled, and
Including a driving unit for controlling a magnetic field applied to the magnetorheological elastic body,
The magnetorheological elastic body is formed by adding magnetic particles to a base polymer,
The magnetic particles are arranged in a plurality of regions spaced apart from each other in the base polymer to form a group of magnetic particles in each of the plurality of regions, a patterned shape adaptation module.
제1항에 있어서,
상기 자성 입자가 배치되는 상기 복수의 영역은 각기 스트립 형태로 형성되는, 패턴화된 형상적응 모듈.
The method of claim 1,
The plurality of regions in which the magnetic particles are disposed are each formed in a strip shape, a patterned shape adaptation module.
제1항에 있어서,
상기 자성 입자가 배치되는 상기 복수의 영역은 각기 라운드 형태로 형성되는, 패턴화된 형상적응 모듈.
The method of claim 1,
The plurality of regions in which the magnetic particles are disposed are each formed in a round shape, a patterned shape adaptation module.
제1항에 있어서,
상기 자기유변 탄성체에 포함되는 자성 입자는 크기가 서로 다른 적어도 두 종류의 입자를 포함하는, 패턴화된 형상적응 모듈.
The method of claim 1,
The magnetic particles included in the magnetorheological elastic body include at least two types of particles having different sizes.
제1항에 있어서,
상기 자기유변 탄성체에 포함되는 자성 입자는 투자율이 서로 다른 적어도 두 종류의 입자를 포함하는, 패턴화된 형상적응 모듈.
The method of claim 1,
The magnetic particles included in the magnetorheological elastic body include at least two types of particles having different magnetic permeability.
제1항에 있어서,
상기 구동부는 구동자석부를 포함하고,
상기 구동자석부가 상기 자기유변 탄성체와 이격되는 경우 상기 자기유변 탄성체는 낮은 강성을 가져 외부 물체의 형상에 따라 형상이 변화할 수 있고, 상기 구동자석부가 상기 자기유변 탄성체에 인접하여 위치하는 경우 상기 자기유변 탄성체의 강성이 증가하여 형상이 유지되는, 패턴화된 형상적응 모듈.
The method of claim 1,
The driving unit includes a driving magnet unit,
When the driving magnet part is spaced apart from the magnetorheological elastic body, the magnetorheological elastic body has low rigidity and may change its shape according to the shape of an external object, and when the driving magnet part is located adjacent to the magnetorheological elastic body, the magnetic A patterned conformation module in which the shape is maintained by increasing the rigidity of the rheological elastomer.
제6항에 있어서,
상기 구동부는 전자석을 더 포함하고,
상기 전자석에 전류가 흐를 때 발생하는 자기력을 이용하여 상기 구동자석부와 상기 자기유변 탄성체 사이의 간격을 제어하는, 패턴화된 형상적응 모듈.
The method of claim 6,
The driving unit further includes an electromagnet,
A patterned shape adaptation module that controls a gap between the driving magnet part and the magnetorheological elastic body by using a magnetic force generated when a current flows through the electromagnet.
제7항에 있어서,
상기 구동부는 상기 구동자석부에 연결되는 스프링을 더 포함하고,
상기 구동자석부가 상기 자기유변 탄성체에 인접하여 위치한 상태로 이동한 후 원래의 위치로 복귀할 때, 상기 스프링의 탄성에 의해 상기 구동자석부의 복귀 속도가 향상되는, 패턴화된 형상적응 모듈.
The method of claim 7,
The driving part further comprises a spring connected to the driving magnet part,
The patterned shape adaptation module, wherein when the driving magnet part moves to a state located adjacent to the magnetoresistive elastic body and then returns to its original position, the return speed of the driving magnet part is improved by the elasticity of the spring.
비정형 물체를 피킹하기 위한 그리퍼의 형상적응 모듈로서,
강성이 가변적으로 제어될 수 있고 서로 이격 배치되어 각각의 사이에 빈 공간이 형성되는 복수의 자기유변 탄성체,
상기 복수의 자기유변 탄성체의 상부 및 하부에 배치되어, 각각의 사이에 빈 공간을 두고 서로 이격 배치되는 상기 복수의 자기유변 탄성체를 연결하는 시트부 및
상기 복수의 자기유변 탄성체에 인가되는 자기장을 제어하는 구동부를 포함하고,
상기 복수의 자기유변 탄성체는 베이스 폴리머에 자성 입자가 첨가되어 형성되는,
패턴화된 형상적응 모듈.
As a shape adaptation module of the gripper for picking atypical objects,
A plurality of magnetorheological elastic bodies whose stiffness can be variably controlled and spaced apart from each other to form an empty space between them,
A sheet portion disposed above and below the plurality of magnetorheological elastic bodies to connect the plurality of magnetorheological elastic bodies spaced apart from each other with an empty space therebetween; and
And a driving unit for controlling a magnetic field applied to the plurality of magnetorheological elastic bodies,
The plurality of magnetorheological elastic bodies are formed by adding magnetic particles to a base polymer,
Patterned conformation module.
제9항에 있어서,
상기 시트부는 상기 복수의 자기유변 탄성체보다 강성이 낮은 재질로 형성되는, 패턴화된 형상적응 모듈.
The method of claim 9,
The sheet portion is formed of a material having a lower rigidity than that of the plurality of magnetorheological elastic bodies, patterned shape adaptation module.
제9항에 있어서,
상기 복수의 자기유변 탄성체에 포함되는 자성 입자는 크기가 서로 다른 적어도 두 종류의 입자를 포함하는, 패턴화된 형상적응 모듈.
The method of claim 9,
The magnetic particles included in the plurality of magnetorheological elastic bodies include at least two types of particles having different sizes.
제9항에 있어서,
상기 복수의 자기유변 탄성체에 포함되는 자성 입자는 투자율이 서로 다른 적어도 두 종류의 입자를 포함하는, 패턴화된 형상적응 모듈.
The method of claim 9,
The magnetic particles included in the plurality of magnetorheological elastic bodies include at least two types of particles having different magnetic permeability.
제9항에 있어서,
상기 구동부는 구동자석부를 포함하고,
상기 구동자석부가 상기 복수의 자기유변 탄성체와 이격되는 경우 상기 복수의 자기유변 탄성체는 낮은 강성을 가져 외부 물체의 형상에 따라 형상이 변화할 수 있고, 상기 구동자석부가 상기 복수의 자기유변 탄성체에 인접하여 위치하는 경우 상기 복수의 자기유변 탄성체의 강성이 증가하여 형상이 유지되는, 패턴화된 형상적응 모듈.
The method of claim 9,
The driving unit includes a driving magnet unit,
When the driving magnet part is spaced apart from the plurality of magnetorheological elastic bodies, the plurality of magnetorheological elastic bodies have low stiffness and may change their shape according to the shape of an external object, and the driving magnet part is adjacent to the plurality of magnetorheological elastic bodies. When positioned so that the shape is maintained by increasing the rigidity of the plurality of magnetorheological elastic bodies, the patterned shape adaptation module.
제13항에 있어서,
상기 구동부는 전자석을 더 포함하고,
상기 전자석에 전류가 흐를 때 발생하는 자기력을 이용하여 상기 구동자석부와 상기 복수의 자기유변 탄성체 사이의 간격을 제어하는, 패턴화된 형상적응 모듈.
The method of claim 13,
The driving unit further includes an electromagnet,
A patterned shape adaptation module configured to control a gap between the driving magnet part and the plurality of magnetorheological elastic bodies by using magnetic force generated when a current flows through the electromagnet.
제14항에 있어서,
상기 구동부는 상기 구동자석부에 연결되는 스프링을 더 포함하고,
상기 구동자석부가 상기 복수의 자기유변 탄성체에 인접하여 위치한 상태로 이동한 후 원래의 위치로 복귀할 때, 상기 스프링의 탄성에 의해 상기 구동자석부의 복귀 속도가 향상되는, 패턴화된 형상적응 모듈.
The method of claim 14,
The driving part further comprises a spring connected to the driving magnet part,
The patterned shape adaptation module, wherein when the driving magnet part moves to a state located adjacent to the plurality of magnetorheological elastic bodies and then returns to its original position, the return speed of the driving magnet part is improved by the elasticity of the spring.
비정형 물체를 피킹하기 위한 그리퍼이며,
제1항 또는 제9항에 따른 패턴화된 형상적응 모듈 및 피킹 로봇의 암에 연결되는 몸체를 포함하고,
상기 패턴화된 형상적응 모듈은 상기 몸체 상에 배치되는, 그리퍼.
It is a gripper for picking irregular objects,
The patterned shape adaptation module according to claim 1 or 9 and a body connected to the arm of the picking robot,
The patterned conformation module is disposed on the body, gripper.
제16항에 있어서,
상기 패턴화된 형상적응 모듈 상에 배치되는 전기접착 모듈을 더 포함하고,
상기 전기접착 모듈은 절연체와 상기 절연체 상에 배치되는 도전체를 포함하여, 상기 도전체에 전압이 인가될 때 발생하는 정전기력에 의해 외부 물체와 접착할 수 있는, 그리퍼.
The method of claim 16,
Further comprising an electrical adhesive module disposed on the patterned shape adaptation module,
The electrical adhesion module includes an insulator and a conductor disposed on the insulator, and is capable of adhering to an external object by an electrostatic force generated when a voltage is applied to the conductor.
제17항에 있어서,
상기 도전체는, 상기 전기접착 모듈이 상기 패턴화된 형상적응 모듈 상에 배치된 상태에서, 상기 패턴화된 형상적응 모듈의 상기 자기유변 탄성체에서 상기 자성 입자가 배치되는 상기 복수의 영역과 중첩되지 않도록 배치되는, 그리퍼.
The method of claim 17,
The conductor does not overlap with the plurality of regions in which the magnetic particles are disposed in the magnetorheological elastic body of the patterned shape adaptation module in a state in which the electrical adhesion module is disposed on the patterned shape adaptation module. To be positioned so that the gripper.
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