KR102233999B1

KR102233999B1 - 소프트 그리퍼

Info

Publication number: KR102233999B1
Application number: KR1020190146165A
Authority: KR
Inventors: 경기욱; 황건우; 박지환
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2019-11-14
Filing date: 2019-11-14
Publication date: 2021-03-31

Abstract

본 발명은 피파지물을 파지하는 그리퍼(Gripper)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 유연성을 가지는 파지체가 피파지물에 밀착하도록 구동되며, 나아가 전기적 접착력을 이용하여 임의 형상을 가지는 피파지물에 대해서도 파지력을 극대화할 수 있는 소프트 그리퍼(Soft Gripper)에 관한 것이다.
본 발명에서는, 복수의 파지체를 구비하여 피파지물을 파지하는 그리퍼 장치에 있어서, 상기 파지체는, 유연성을 가지는 유전체 물질을 구비하여 외부에서 전달되는 구동력에 의해 상기 피파지물에 접촉되면서 상기 피파지물에 대해 전기적 접착력을 제공하는 유연접착부; 전기적 제어에 따라 형상이 변형되면서 상기 유연접착부로 구동력을 제공하는 전기구동부; 및 상기 유연접착부와 상기 전기구동부 사이에 구비되어, 상기 전기구동부의 변형에 따른 구동력을 상기 유연접착부로 전달하는 복수의 연결부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 그리퍼 장치를 개시한다.

Description

소프트 그리퍼{SOFT GRIPPER}

본 발명은 피파지물을 파지하는 그리퍼(Gripper)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 유연성을 가지는 파지체가 피파지물에 밀착하도록 구동되며, 나아가 전기적 접착력을 이용하여 임의 형상을 가지는 피파지물에 대해서도 파지력을 극대화할 수 있는 소프트 그리퍼(Soft Gripper)에 관한 것이다.

최근 물류/생산 자동화 등 로봇 기술을 적용하는 어플리케이션이 빠르게 확대되고 있다. 이와 관련하여, 상기 로봇의 종단부에 적용되어 피파지물을 파지하는 다양한 그리퍼(gripper)가 사용되고 있다.

보다 구체적으로, 상기 그리퍼에는 크게 기계적 구동을 통한 파지 방식과 접착력을 이용한 파지 방식이 적용되고 있다.

그런데, 상기 기계적 구동을 통한 파지 방식에서는 유압을 이용하여 구동하거나 형상기억합금 등을 이용하여 구동하는 방식이 시도되고 있으나, 유압을 이용하는 경우에는 시스템이 복잡하고 무거워질 수 있으며, 형상기억합금을 이용하는 경우에는 응답 속도가 느리다는 단점이 있었다.

또한, 상기 접착력을 이용한 파지 방식에는 게코 접착(Gecko-adhesion) 방식과 진공 흡착(Suction) 방식 등이 있으나, 게코 접착 방식은 표면 에너지가 낮은 접촉면에서 접착력이 낮아지고 제어가 어렵다는 단점이 있으며, 진공 흡착 방식은 시스템이 복잡해지는 문제가 따랐다.

이에 따라, 종래의 그리퍼의 문제점들을 개선하여 간단한 구조를 가지면서도 제어가 용이하고 높은 파지력을 가질 수 있는 그리퍼의 개발이 요구되고 있다.

대한민국 공개특허 제10-2017-0063517호(2017년 6월 8일 공개)

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 간단한 구조를 가지면서도 제어가 용이하고 높은 파지력을 가지는 그리퍼를 제공하는 것을 목적으로 한다.

보다 구체적으로, 본 발명에서는 유연성과 기계적 강성을 동시에 갖추면서, 전기적 제어가 가능하며 높은 파지력을 가지는 그리퍼를 제공하는 것을 목적으로 한다.

나아가, 본 발명에서는 비정형의 형상 또는 깨지기 쉬운 소재의 피파지물에 대해서도 적응적으로 안정하게 파지할 수 있는 그리퍼를 제공하는 것을 목적으로 한다.

그 외 본 발명의 세부적인 목적은 아래에 기재되는 구체적인 내용을 통하여 이 기술 분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 한 측면에 따른 그리퍼 장치는, 복수의 파지체를 구비하여 피파지물을 파지하는 그리퍼 장치로서, 상기 파지체는, 유연성을 가지는 유전체 물질을 구비하여 외부에서 전달되는 구동력에 의해 상기 피파지물에 접촉되면서 상기 피파지물에 대해 전기적 접착력을 제공하는 유연접착부; 전기적 제어에 따라 형상이 변형되면서 상기 유연접착부로 구동력을 제공하는 전기구동부; 및 상기 유연접착부와 상기 전기구동부 사이에 구비되어, 상기 전기구동부의 변형에 따른 구동력을 상기 유연접착부로 전달하는 복수의 연결부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 전기구동부는 인가되는 전기에 따라 길이 또는 면적 중 하나 이상이 늘어나거나 구부러지며, 이에 따라 상기 전기구동부와 나란히 배치되는 상기 유연접착부가 구부러지면서 상기 피파지물에 밀착될 수 있다.

또한, 상기 유연접착부는, 유전체; 및 상기 유전체에 내장되며 극성이 교차하도록 배치되는 제1 전극;을 포함하여 구성되며, 상기 제1 전극에 인가되는 전압에 따라 전기장의 전계 효과(fringe effect)가 발생하면서 상기 피파지물의 표면에 전하를 유도하여 상기 제1 전극과 전기적 접착력을 발생시킬 수 있다.

이때, 상기 제1 전극은, 전도성 금속, 액체 금속, 금속 나노 와이어, 그래핀, 탄소 나노 튜브 또는 전도성 고분자를 포함하여 구성될 수 있다.

또는, 상기 제1 전극은, 전도성 탄소 섬유 또는 필름형 연성 회로 기판을 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 전기구동부는, 전기활성 고분자층; 및 상기 전기활성 고분자층에 전기장을 인가하는 제2 전극;을 포함하여 구성되며, 상기 제2 전극은, 전기 제어에 따라 상기 전기활성 고분자층의 길이 또는 면적 중 하나 이상의 증가하면(stretching or expansion), 그에 따라 길이 또는 면적 중 하나 이상이 증가할 수 있는 유연성을 가질 수 있다.

이때, 상기 전기활성 고분자층은 다수의 단위 층이 적층된 형태로 구성될 수 있다.

또한, 상기 전기활성 고분자층은, 유전성 고분자, 이온성 고분자, 전도성 고분자 또는 하이드로젤을 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 제2 전극은, 액체 금속, 금속 나노 와이어, 그래핀, 탄소 나노 튜브 또는 전도성 고분자를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 전기구동부에는 상기 제2 전극을 절연하는 절연층이 더 포함될 수 있으며, 상기 절연층은, 상기 전기활성 고분자층과 동일한 물질로 구성되거나, 상기 전기활성 고분자층보다 강성이 낮은 유전체 물질을 사용하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 파지체는 상기 복수의 연결부 사이에 구비되는 탄성부를 더 포함하며, 상기 탄성부는, 탄성력에 의해 상기 파지체의 형상을 지지하면서, 상기 전기구동부에 사전 늘림(pre-stretching) 힘을 인가할 수 있다.

이때, 상기 탄성부는, 스프링 또는 폴리머와 같은 탄성체를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 유연접착부는, 상기 전기구동부로부터 전달되는 구동력에 의하여 서로 다른 형상을 가지는 피파지물에도 밀착될 수 있다.

또한, 상기 그리퍼 장치에는 상기 복수의 파지체가 장착되는 본체부가 더 포함되며, 상기 본체부도 상기 피파지물에 접촉되면서 상기 피파지물에 대해 전기적 접착력을 제공할 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼 장치는, 간단한 구조를 가지면서도 제어가 용이하고 높은 파지력을 가질 수 있게 된다.

보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼 장치는, 유연성과 기계적 강성을 동시에 갖추면서, 전기적 제어가 가능하며 높은 파지력을 가질 수 있다.

나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼 장치는, 비정형의 형상 또는 깨지기 쉬운 소재의 피파지물에 대해서도 적응적으로 안정하게 파지할 수 있게 된다.

본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼 장치의 구성도이다.
도 2와 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼 장치의 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼 장치의 파지체의 구체적인 구성 및 동작을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼 장치의 유연접착부의 구체적인 구성 및 동작을 설명하는 도면이다.
도 6과 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼 장치가 다양한 형상의 피파지물을 파지하는 경우를 예시하는 도면이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 첨부된 도면을 기초로 상세히 설명하고자 한다.

이하의 실시예는 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시 예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.

또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

아래, 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼(Gripper) 장치에 대한 예시적인 실시 형태들을 첨부된 도면을 참조하여 차례로 설명한다.

먼저, 도 1에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼 장치(10)의 구성을 예시하는 구성도를 도시하고 있다.

도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼 장치(10)는 피파지물(20)을 파지하는 복수의 파지체(100a, ?? , 100n)를 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 상기 파지체(100)는, 유연성을 가지는 유전체 물질을 구비하여 외부에서 전달되는 구동력에 의해 상기 피파지물(20)에 접촉되면서 상기 피파지물(20)에 대해 전기적 접착력을 제공하는 유연접착부(110), 전기적 제어에 따라 형상이 변형되면서 상기 유연접착부(110)로 구동력을 제공하는 전기구동부(120) 및 상기 유연접착부(110)와 상기 전기구동부(120) 사이에 구비되어, 상기 전기구동부(120)의 변형에 따른 구동력을 상기 유연접착부(110)로 전달하는 복수의 연결부(130)를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼 장치(10)에는 상기 복수의 파지체(100a, ?? , 100n)가 장착되는 본체부(200)가 구비될 수 있다.

이때, 상기 본체부(200)도 상기 피파지물(20)에 접촉되면서 상기 피파지물(20)에 대해 전기적 접착력을 제공할 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼 장치(10)에서는 유연성을 가지는 파지체(100)가 피파지물(20)에 밀착하도록 구동되며, 나아가 전기적 접착력을 이용하여 임의 형상을 가지는 대상물(20)에 대해서도 파지력을 극대화할 수 있게 된다.

또한, 도 2에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 2개의 파지체(100)를 구비하는 그리퍼 장치(10)를 예시하고 있다.

도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼 장치(10)는 2개의 파지체(100)와 상기 2개의 파지체(100)가 장착되는 본체부(200)를 포함하여 구성될 수 있다.

그러나, 본 발명에서 반드시 상기 파지체(100)를 2개 구비하여야 하는 것은 아니며, 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이 4개의 파지체(100)를 구비하는 것도 가능하며, 나아가 파지하고자 하는 피파지물(20)의 형상이나 무게 등 적용되는 어플리케이션에 따라 3개나 5개 등 다양한 개수의 파지체(100)를 구비할 수 있다.

또한, 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 파지체(100)는 유연접착부(110), 전기구동부(120) 및 연결부(130)를 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 상기 유연접착부(110)는 유연성을 가지는 유전체 물질을 구비하여 구성되며, 외부에서 전달되는 구동력에 의해 상기 피파지물(20)에 접촉되면서 제어부(미도시)에 의한 전기적 제어에 따라 상기 피파지물(20)에 대해 전기적 접착력을 제공하게 된다.

또한, 상기 전기구동부(120)는 제어부(미도시)에 의한 전기적 제어에 따라 형상이 변형되면서 상기 유연접착부(110)로 구동력을 제공하게 된다.

또한, 상기 연결부(130)는 상기 유연접착부(110)와 상기 전기구동부(120) 사이에 복수개가 구비되어, 상기 전기구동부(120)의 변형에 따른 구동력을 상기 유연접착부(110)로 전달하게 된다.

나아가, 상기 파지체(100)에는 상기 복수개의 연결부(130) 사이에 구비되어 탄성력에 의해 상기 파지체(100)의 형상을 지지하면서, 상기 전기구동부(120)에 사전 늘림(pre-stretching) 힘을 인가하는 탄성부(140)가 포함될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼 장치(10)에는 상기 복수의 파지체(100)가 장착되는 본체부(200)가 구비될 수 있으며, 이때 상기 본체부(200)도 상기 피파지물(20)에 접촉되면서 상기 피파지물(20)에 대해 전기적 접착력을 제공할 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼 장치(10)는, 파지체(100)의 유연성에 의해 피파지물(20)의 형상에 따라 적응적으로 파지할 수 있고, 나아가 상기 피파지물(20)과 보다 넓은 접촉면을 형성하게 되어 안정적으로 물체를 파지할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼 장치(10)는 전기적 접착력에 의해 파지력이 증대되어 보다 무거운 물체를 들어올리는 작업을 수행할 수 있게 된다.

보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼 장치(10)에서 상기 전기구동부(120)는 전기활성 고분자 물질로 구성될 수 있으며, 또한 상기 유연접착부(110)는 피파지물(20)과의 접촉면에 전기 접착 방식 패드를 구비하여 상기 피파지물(20)에 대한 전기적 접착력을 발생시킨다.

이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼 장치(10)에서 상기 파지체(100)의 구동은 상기 전기구동부(120)의 전기활성 고분자층(121)에 의하여 구현될 수 있으며, 상기 유연접착부(110)의 바닥면과 상기 본체부(200)의 바닥 면과 같이 상기 피파지물(20)과 접촉하는 부분에는 전기 접착 방식 패드가 적용되어 상기 피파지물(20)에 대한 파지력을 증가시키게 된다.

나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼 장치(10)에서는, 상기 유연접착부(110)를 구성하는 소재로서 유연성과 기계적 강성을 동시에 갖춘 재료를 적용함으로써 피파지물(20)을 파지하는데 있어서 나타날 수 있는 종래의 여러 문제점을 해결할 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼 장치(10)는 유연성과 함께 높은 기계적 강성을 동시에 가지면서, 전기적 제어를 통해 용이한 제어가 가능하고, 나아가 피파지물(20)에 대한 접착력을 개선하여 보다 안정적으로 피파지물(20)을 파지할 수 있는 그리퍼 장치(10)를 제공할 수 있으며, 나아가 비정형의 형상 또는 깨지기 쉬운 소재로 이루어진 피파지물도 적응적으로 안정하게 파지하는 것을 가능하게 한다.

또한, 도 4에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼 장치(10)의 파지체(100)의 구체적인 구성 및 동작을 설명하고 있다.

이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼 장치(10)에서 파지체(100)를 각 구성 요소 별로 나누어 보다 자세하게 설명한다.

먼저, 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 유연접착부(110)는 유전체(111) 및 상기 유전체(111)에 내장되며 극성이 교차하도록 배치되는 제1 전극(112)을 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 상기 유연접착부(110)는, 상기 제1 전극(112)에 인가되는 전압에 따라 전기장의 전계 효과(fringe effect)가 발생하면서 상기 피파지물(20)의 표면에 전하를 유도하여 상기 제1 전극(112)과 상기 피파지물(20) 간에 전기적 접착력을 발생시키게 된다.

이에 대하여, 도 5에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼 장치(10)에서 유연접착부(110)의 구체적인 구성 및 동작을 설명하고 있다.

도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 제1 전극부(112a, 112b)에 전압을 인가하면 전기장의 전계 효과(fringe effect) (도 5의 (A))이 발생하면서 상기 피파지물(20)의 표면에 전하(도 5의 (B) 및 (C))를 유도하게 되며, 이에 따라 상기 제1 전극(112a, 112b)과 상기 유도된 전하(도 5의 (B) 및 (C)) 사이에 발생하는 인력(도 5의 (D))에 의하여 전기적 접착력이 발생하게 된다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼 장치(10)에서는 상기 제1 전극(112a, 112b)으로서 전도성이 높은 소재를 사용하는 것이 바람직하고, 또한 전기장의 전계 효과를 높일 수 있는 구조로 상기 유연접착부(110)를 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 유전체(111)는 전기적 접착력을 크게 발생시킬 수 있도록 높은 유전율을 가지며 항복 전압이 낮은 유전성 물질로 구성되는 것이 바람직하며, 나아가 상기 유전체(111)는 구부러질 수 있는(bendable) 물성을 가져야 하므로, 유연성이 있는 고유전성 폴리머 소재 등을 사용하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 제1 전극(112)은 상기 유전체(111) 하부에 내장될 수 있으며, 전기적 접착력을 발생시키기 위한 특유의 전극 패턴을 가지게 된다.

이때, 상기 제1 전극(112)은 통상적으로 많이 사용되는 전도성 소재뿐만 아니라, 액체 금속, 금속 나노 와이어, 그래핀, 탄소 나노 튜브, 전도성 고분자 등 유연성을 갖는 전극 물질로 구성될 수 있다.

또한, 상기 제1 전극(112)은 전극 패턴 자체의 기계적 강성을 높이기 위해 전도성 탄소 섬유, 필름형 연성 회로 기판(FPCB, Flexible Printed Circuit Board) 등의 소재를 사용하는 것도 가능하다.

이때, 상기 전도성 탄소 섬유는 유연하면서도 길이 방향으로는 높은 강성을 지니기 때문에, 피파지물(20)을 파지하는 경우 전기적 접착력을 생성함과 동시에 상기 피파지물(20)의 무게를 지탱해주는 역할도 수행할 수 있게 된다.

또한, 상기 필름형 연성 회로 기판(FPCB)도 유연성과 기계적 강성을 동시에 지니기 때문에, 전기적 접착력을 생성함과 동시에 무게를 지지하는 역할도 수행할 수 있다.

또한, 상기 제1 전극(112)으로 유연 전극(예를 들어, 액체 금속, 금속 나노 와이어, 그래핀, 탄소 나노 튜브 등)을 사용하는 경우, 높은 유연성을 가지기 때문에 피파지물(20)의 파지하는 경우, 상기 유연접착부(110)의 형상 변형이 용이하다는 장점을 가진다.

또한, 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 전기구동부(120)는 전기활성 고분자층(121) 및 상기 전기활성 고분자층(121)에 전기장을 인가하는 제2 전극(122)을 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 상기 제2 전극(122)은 전기 제어에 따라 상기 전기활성 고분자층(121)의 길이 또는 면적 중 하나 이상이 증가하면, 그에 따라 길이 또는 면적 중 하나 이상이 증가할 수 있는(stretching or expansion) 유연성을 가지는 소재로 구성될 수 있다.

이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼 장치(10)에서, 상기 전기활성 고분자층(121)은 상기 파지체(100)를 구부리는 동작을 구현하기 위해 전기 제어에 따라 길이 또는 면적이 변하거나 굽혀지는 기능성 소재로 구현될 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 전기활성 고분자층(121)은 전기활성 특성을 가지는 다양한 소재의 사용이 가능하겠으나, 유연하며 탄성을 가지고, 또한 전기장에 의해 길이 또는 면적이 변하거나 굽혀지는 가역적 형상 변형 응답 특성을 가지며, 전기적 신호의 크기에 따라 변형 정도가 조절이 가능한 유전성 전기 활성 고분자 소재를 사용하는 것이 보다 바람직하다.

여기서, 상기 전기활성 고분자층(121)은 유전성 고분자, 이온성 고분자, 전도성 고분자, 하이드로젤 등 전기장의 인가에 따라 길이 또는 면적이 증가하거나 구부러지는 다양한 소재를 이용하여 구현될 수 있으며, 이때 인가되는 전기장에 따른 변형이 크게 나타나는 소재일수록 유리하다.

나아가, 상기 전기활성 고분자층(121)은 다수의 단위 층이 적층된 형태로 구성되어, 전기장 인가에 의해 나타나는 형상의 변형 특성을 향상시킬 수도 있다.

또한, 상기 제2 전극(122)은 상기 전기활성 고분자층(121)의 양면에 배치되어 상기 전기활성 고분자층(121)으로 인가되는 전기장을 발생시키게 되며, 상기 전기활성 고분자층(121)의 변형에 대응할 수 있는 유연성 전극 소재로 구성되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 제2 전극(122)은 상기 전기활성 고분자층(121)의 반복적인 형상 변형에도 우수한 내구성을 가지도록 신축성이 우수한 전극 소재 또는 신축성을 보장할 수 있는 전극 구조를 사용하는 것이 바람직하다.

보다 구체적으로, 상기 제2 전극(122)은 액체 금속, 금속 나노 와이어, 그래핀, 탄소 나노 튜브, 전도성 고분자 등 유연성을 가지는 전극 물질로 구성될 수 있으며, 나아가 전기 전도도가 높을수록 유리하다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼 장치(10)에서, 상기 전기구동부(120)에는 상기 제2 전극(122)을 절연하는 절연층(123)이 구비될 수 있다.

이때, 상기 절연층(123)은 상기 전기활성 고분자층(121)과 동일한 물질로 구성될 수 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 나아가 상기 절연층(123)은 상기 전기활성 고분자층(121)보다 강성이 낮은 유전체 물질을 사용하여 구성될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼 장치(10)에서는 상기 전기활성 고분자층(121)의 형상 변형 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼 장치(10)에서, 상기 연결부(130)는 복수개가 상기 유연접착부(110)와 상기 전기구동부(120) 사이에 구비되어, 상기 전기구동부(120)의 변형에 따른 구동력을 상기 유연접착부(110)로 전달하게 된다.

보다 구체적으로, 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 연결부(130)는 상기 유연접착부(110)와 상기 전기구동부(120) 사이에 복수개 구비되어, 상기 파지체(100)의 전체적인 구조를 지지하며, 나아가 상기 연결부(130)는 상기 전기구동부(120)의 변형에 따른 구동력을 상기 유연접착부(110)로 전달하게 된다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼 장치(10)에서, 상기 파지체(100)에는 상기 복수의 연결부(130) 사이에 구비되는 탄성부(140)가 더 포함될 수 있다.

이때, 상기 탄성부(140)는, 탄성력에 의해 상기 파지체(100)의 형상을 지지하면서, 상기 전기구동부(120)에 사전 늘림(pre-stretching) 힘을 인가하여 전기장 인가에 의해 나타나는 상기 전기활성 고분자층(121)의 형상 변형 특성을 향상시킬 수도 있다.

즉, 상기 탄성부(140)는 상기 전기활성 고분자층(121)에 사전 늘림(pre-stretching) 힘을 인가하여 초기 변형 상태를 얻게 할 뿐만 아니라 상기 전기활성 고분자층(121)의 형상 변형 특성을 향상시켜 준다.

상기 탄성부(140)는 상기 복수의 연결부(130) 사이에 위치하도록 구성할 수 있으며, 이때 탄성부(140)는 외부에서 인가되는 힘에 저항하는 탄성력을 가지는 다양한 소재를 사용하여 구현할 수 있다. 이에 따라, 상기 탄성부(140)는 상기 파지체(100)가 피파지물(20)을 파지하는 경우 상기 피파지물(20)을 압착하여 파지력을 높일 수 있도록 기능하게 된다.

또한, 상기 탄성부(140)는 상기 복수의 연결부(130) 사이에 구비되어 상기 유연접착부(110)와 상기 전기구동부(120) 사이의 힘의 균형을 맞추는 역할을 할 수 있다. 이에 따라, 상기 파지체(100)는 직선 형태의 초기 형태를 얻을 수도 있으며, 필요에 따라서는 곡선형의 초기 형태를 얻을 수도 있다.

이때, 상기 탄성부(140)는 스프링, 폴리머 등의 탄성체 등의 소재를 사용하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 탄성부(140)는 필름형 물질로 구성되어, 전술한 상기 파지체(100)가 얇은 필름 형태를 이루도록 구성될 수도 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼 장치(10)에는, 상기 복수의 파지체(100)가 장착되는 본체부(200)가 구비될 수 있으며, 이때 상기 본체부(200)도 상기 피파지물(20)에 접촉되면서 상기 피파지물(20)에 대해 수직 방향의 추가적인 전기적 접착력을 제공하여, 상기 피파지물(20)을 보다 안정적으로 파지할 수 있게 한다.

이에 따라, 상기 본체부(200)에도 상기 유연접착부(110)에서와 유사하게 유전체(111) 및 상기 유전체(111)에 내장되며 극성이 교차하도록 배치되는 제1 전극(112)이 구비될 수 있다.

또한, 도 6과 도 7에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼 장치(10)가 다양한 형상의 피파지물(20)을 파지하는 경우를 예시하고 있다.

도 6 및 도 7에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼 장치(10)에서 상기 유연접착부(110)는 상기 전기구동부(120)로부터 전달되는 구동력에 의하여 서로 다른 형상을 가지는 피파지물(20)에도 용이하게 밀착될 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼 장치(10)는 유연성을 가지기 때문에 다면체형, 원기둥형, 판형 등 다양한 형상을 가진 피파지물(20)에 대응한 형상 변형이 용이하여, 다양한 형상의 피파지물(20)에도 용이하게 밀착하여 보다 넓은 접촉면을 확보할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼 장치(10)는 길이 방향으로 강성이 높은 소재를 구비하여 피파지물(20)을 보다 안정적으로 파지할 수 있다.

또한, 도 6 및 도 7에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 그리퍼 장치(10)에서는 상기 파지체(100)의 형상을 다양하게 변형시키면서 상기 그리퍼 장치(10) 보다 큰 피파지물(20)를 파지할 수도 있고, 보다 넓은 형태의 피파지물(20)을 부착하여 들어올릴 수도 있다.

이때, 상기 피파지물(20)을 들어올릴 때에는 상기 파지체(100)에 구비되는 상기 전기활성 고분자층(121)에 의한 구동력, 상기 유연접착부(110)에서 생성되는 전기적 접착력 및 상기 본체부(200)에서 생성되는 전기적 접착력이 모두 동시에 작용함으로써, 보다 강한 파지력으로 피파지물(20)을 들어올릴 수 있게 된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 그리퍼 장치
20 : 피파지물
100 : 파지체
110 : 유연접착부
111 : 유전체
112 : 제1 전극
112a : 제1 전극(양극)
112b : 제1 전극(음극)
120 : 전기구동부
121 : 전기활성 고분자층
122 : 제2 전극
122a : 제2 전극(양극)
122b : 제2 전극(음극)
123 : 절연층
123a : 제1 절연층
123b : 제2 절연층
130 : 연결부
140 : 탄성부
200 : 본체부
201 : 유전체
202 : 제3 전극

Claims

복수의 파지체를 구비하여 피파지물을 파지하는 그리퍼 장치에 있어서,
상기 파지체는,
유연성을 가지는 유전체 물질을 구비하여 외부에서 전달되는 구동력에 의해 상기 피파지물에 접촉되면서 상기 피파지물에 대해 전기적 접착력을 제공하는 유연접착부;
전기적 제어에 따라 형상이 변형되면서 상기 유연접착부로 구동력을 제공하는 전기구동부;
상기 유연접착부와 상기 전기구동부 사이에 구비되어, 상기 전기구동부의 변형에 따른 구동력을 상기 유연접착부로 전달하는 복수의 연결부; 및
상기 복수의 연결부 사이에 구비되는 탄성부;를 포함하여 구성되며,
상기 전기구동부는 상기 유연접착부와 분리되어 배치되고,
상기 연결부는 상기 유연접착부와 상기 전기구동부가 분리되는 구조를 지지하면서, 상기 전기구동부의 구동력을 상기 유연접착부로 전달하여 상기 유연접착부가 구부러지도록 하며,
상기 탄성부는 탄성력에 의해 상기 전기구동부와 상기 유연접착부의 변형에 따른 상기 파지체의 형상을 지지하는 것을 특징으로 하는 그리퍼 장치.
제1항에 있어서,
상기 전기구동부는 인가되는 전기에 따라 길이 또는 면적 중 하나 이상의 변화에 의해 늘어나거나 구부러지며,
이에 따라 상기 전기구동부와 나란히 배치되는 상기 유연접착부가 구부러지면서 상기 피파지물에 밀착되는 것을 특징으로 하는 그리퍼 장치.
제1항에 있어서,
상기 유연접착부는,
유전체; 및
상기 유전체에 내장되며 극성이 교차하도록 배치되는 제1 전극;을 포함하여 구성되며,
상기 제1 전극에 인가되는 전압에 따라 전기장의 전계 효과(fringe effect)가 발생하면서 상기 피파지물의 표면에 전하를 유도하여 상기 제1 전극과 전기적 접착력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 그리퍼 장치.
제3항에 있어서,
상기 제1 전극은,
액체 금속, 금속 나노 와이어, 그래핀, 탄소 나노 튜브 또는 전도성 고분자를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 그리퍼 장치.
제3항에 있어서,
상기 제1 전극은,
전도성 탄소 섬유 또는 필름형 연성 회로 기판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 그리퍼 장치.
제1항에 있어서,
상기 전기구동부는,
전기활성 고분자층; 및
상기 전기활성 고분자층에 전기장을 인가하는 제2 전극;을 포함하여 구성되며,
상기 제2 전극은,
전기 제어에 따라 상기 전기활성 고분자층의 길이 또는 면적이 증가하면(stretching or expansion), 그에 따라 길이 또는 면적이 증가할 수 있는 유연성을 가지는 것을 특징으로 하는 그리퍼 장치.
제6항에 있어서,
상기 전기활성 고분자층은 다수의 단위 층이 적층된 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 그리퍼 장치.
제6항에 있어서,
상기 전기활성 고분자층은,
유전성 고분자, 이온성 고분자, 전도성 고분자 또는 하이드로젤을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 그리퍼 장치.
제6항에 있어서,
상기 제2 전극은,
액체 금속, 금속 나노 와이어, 그래핀, 탄소 나노 튜브 또는 전도성 고분자를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 그리퍼 장치.
제6항에 있어서,
상기 전기구동부에는 상기 제2 전극을 절연하는 절연층이 더 포함되며,
상기 절연층은,
상기 전기활성 고분자층과 동일한 물질로 구성되거나, 상기 전기활성 고분자층보다 강성이 낮은 유전체 물질을 사용하여 구성되는 것을 특징으로 하는 그리퍼 장치.
제1항에 있어서,
상기 탄성부는,
상기 전기구동부에 사전 늘림(pre-stretching) 힘을 인가하는 것을 특징으로 하는 그리퍼 장치.
제1항에 있어서,
상기 탄성부는,
스프링 또는 폴리머 탄성체를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 그리퍼 장치.
제1항에 있어서,
상기 유연접착부는,
상기 전기구동부로부터 전달되는 구동력에 의하여 서로 다른 형상을 가지는 피파지물에도 밀착되는 것을 특징으로 하는 그리퍼 장치.
제1항에 있어서,
상기 그리퍼 장치에는 상기 복수의 파지체가 장착되는 본체부가 더 포함되며,
상기 본체부도 상기 피파지물에 접촉되면서 상기 피파지물에 대해 전기적 접착력을 제공하는 것을 특징으로 하는 그리퍼 장치.